Productieproces van siliciumnitride

Feb 27, 2025 Laat een bericht achter

Afhankelijk van de productiemethode kunnen siliciumnitrideproducten worden onderverdeeld in reactie-sinterproducten, warmpersproducten, atmosferische sinterproducten, isostatisch persproducten en reactie-hervuurproducten. Onder hen is reactiesinteren een veelgebruikte methode voor het produceren van vuurvaste siliciumnitrideproducten.

De reactie-sintermethode maakt het mogelijk om producten uit siliciumnitride te verkrijgen door het persen of isostatisch persen van fijngemalen siliciumpoeder (deeltjesgrootte meestal niet groter dan 80 micron), het drogen van het groene lichaam, het verwarmen tot 1350-1400 graden in stikstof en nitreren tijdens het bakproces. Bij deze productiemethode hebben de omstandigheden van de grondstof, het bakproces en de atmosfeer een grote invloed op de eigenschappen van het product.

Siliciumpoeder bevat veel onzuiverheden zoals Fe, Ca, Al, Ti, enz. Fe wordt beschouwd als een katalysator in het reactieproces. Het kan de diffusie van silicium bevorderen, maar kan tegelijkertijd defecten zoals poriën veroorzaken. De belangrijkste rol van Fe is die van additief: het kan als katalysator werken in het reactieproces, waardoor de vorming van een oxidefilm van SiO2 op het oppervlak van het product wordt bevorderd; vormen een ijzer-siliciumsmeltsysteem, en stikstof lost op in vloeibaar FeSi2, waardoor de vorming van -Si3N4 wordt bevorderd. Als de ijzerdeeltjes echter te groot zijn of het gehalte ervan te hoog is, zullen er defecten zoals poriën in het product verschijnen, waardoor de prestaties afnemen. Typisch bedraagt ​​de toegevoegde hoeveelheid ijzer 0-5%. Onzuiverheden zoals Al, Ca en Ti vormen gemakkelijk een laag eutectisch middel met silicium. De juiste hoeveelheid additieven kan het sinteren bevorderen en de producteigenschappen verbeteren.

Hoe fijner de deeltjesgrootte van siliciumpoeder, hoe groter het specifieke oppervlak en hoe lager de baktemperatuur. Vergeleken met groter siliciumpoeder bevat fijner siliciumpoeder meer -Si3N4 in het product. Het verkleinen van de deeltjesgrootte van siliciumpoeder kan de microscopische poriegrootte in het product verkleinen. Een geschikte deeltjesgrootteverhouding kan de dichtheid van het product vergroten.
 

De temperatuur heeft een grote invloed op de snelheid van nitreren. De nitreerreactie begint bij een temperatuur van 970-1000 graden en de reactiesnelheid versnelt bij een temperatuur van ongeveer 1250 graden. Omdat het een exotherme reactie is, kan in de hoge temperatuurfase, als de temperatuur snel het smeltpunt van silicium (1420 graden) overschrijdt, siliciumvloei optreden en zullen sterke voorvormen van siliciumpoeder smelten en breken.