表面氧含量对高纯硅粉高温氮化行为的影响

研究了表面氧含量对高纯硅原料在氮氢气氛下直接氮化行为的影响,并合成高α相氮化硅。研究结果表明,硅粉在氮氢气氛下1 350℃保温3h,氮化产物中α-Si_3N_4含量随原料氧含量的增加呈先增加后减少的趋势,当硅原料表面氧含量为3.91%时,氮化产物中α-Si_3N_4含量可达97%以上,残留硅含量低于1%,产物中部氧含量为1.71%,在此环境下硅粉氮化主要以化学气相沉积的方式进行,产物形貌以杆状α-Si_3N_4晶须为主。硅原料表面氧含量低于4.38%时,氮化产物α-Si_3N_4含量均在95%以上,另有少量的β-Si_3N_4和残留硅,XRD测试精度范围内无氮氧化硅相存在。当硅原料氧含量高于5.61%时,产物中则出现氮氧化硅,随着原料氧含量增加,氮氧化硅含量明显上升。当硅原料氧含量低于5.61%时,残留硅含量随氧含量增加明显减少,说明原料中氧的增加可以显著加快氮化速率,降低氮化产物中残留硅的含量。     

氧化硅形态对合成氮氧化硅粉体的影响

研究了使用SiO_2为氧源合成氮氧化硅时,SiO_2的结晶状态对氮氧化硅形貌的影响。实验使用的SiO_2分别为气相白炭黑和晶体石英粉末,硅固体为平均粒径1.15μm左右的粉末。使用X射线衍射仪对合成物进行物相分析,并用扫描电子显微镜观察其形貌。结果表明:使用气相白炭黑为氧源时,在1 380℃保温4h的条件下,硅粉与气相白炭黑的物质的量比为2.0∶1~2.6∶1可得到纤维状氮氧化硅;以晶态石英为氧源时,在1 450℃保温4h的条件下,固定硅粉与晶态石英的物质的量比为1.5∶1可得到颗粒状氮氧化硅。本工作通过对Si-N-O体系的热力学分析,讨论了不同形貌的氮氧化硅粉体的形成机制。