高氮分压对碳热还原/氮化法合成氮化硅的影响

碳热还原/氮化合成氮化硅在1450-1650℃、氮气分压700-1100kPa下进行。非晶二氧化硅与石墨粉末以n（C）/n（SiO2）=4.5比率混合、压片。样品中的氧、氮、碳含量通过LECO元素分析仪测得。反应物和生成物中各物质组成通过XRD定性分析。结果表明,通过增加氮气分压,氮化硅的稳定温度升高,二氧化硅的还原速率随着温度升高而变大。碳化硅的生成仍无法避免。与常压下的碳热还原/氮化反应一致,高压下的碳化硅和氮化硅的生成亦为连续反应。

温度对碳热还原/氮化法合成氮化硅的影响

碳热还原/氮化合成Si3N4在1300～1600℃下N2或N2-H2混合气中进行。反应物由非晶SiO2与C粉以1∶4.5摩尔比混合、压片。产生的CO由红外传感器监测，样品中氧、氮、碳含量由LECO元素分析仪测得，混合物各相由X射线衍射（XRD）检测。SiO2还原反应在1300℃以下开始，速率随温度升高增大；温度高于1570℃时，速率因反应物表面被生成物覆盖降低。由于还原产物CO平衡分压差别小，选择生成Si3N4或SiC的临界温度不明显。碳热还原/氮化法合成氮化硅的原理需进一步探讨。

碳热还原/氮化合成氮化硅工艺中碳化硅生成的分析

碳热还原/氮化合成氮化硅在Si O2∶C=1∶4.5（摩尔比）、1 425-1 475℃、氮气中添加10 vol%氢气气氛、气体流量1 L/min条件下进行。生成物各相通过XRD定性分析。实验结果及热力学分析表明二氧化硅-碳-氮气反应体系中,氮化硅和碳化硅在常用温度区间内的生成趋势差别小;碳化硅成核在较高温度趋势较强,但在整个温度区间与氮化硅成核趋势均较强且差别细微;氮化硅晶体生长反应为控制步骤。在碳热还原/氮化工艺中控制Si3N4和Si C生成的边界温度并不明显,碳化硅的生成不可避免。