硅粉常压直接氮化合成氮化硅粉的动力学研究

摘要

以平均粒径为2.8 μm的硅粉为原料,添加氮化硅粉作为稀释剂,对常压氮气下直接氮化制各Si3N4粉的工艺进行了研究,氮化温度范围为1623～1823 K,氮化时间范围为0～20 min.借助XRD、SEM等检测方法,分析了氮化温度和氮化时间等因素对氮化过程的影响.基于不同氮化温度下硅的转化率与氮化时间的关系,利用粒径不变的缩芯模型,建立了一种简化的硅氮反应模型,该模型显示出硅的转化率随时间呈渐近线指数趋势.并利用该模型计算得出了硅粉常压直接氮化合成氮化硅粉的一些反应动力学参数:Arrhenius公式中指前因子为5.56×1012cm/s;活化能为534 kJ/mol;有效扩散系数为6.2×10-8cm2/s;以及反应速率常数的计算公式.