PDF《叶玉汉液相烧结碳化硅晶界内氮化反应的研究》

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366 Fig.

1 Trans m ission electron m icroscopy(TE M ) i mage of SiC-Si O2 composite sintered in N2 Si O 2, 选区电子衍射 (SAD ) 证明它们分别是 Α 2SiC 晶体和 Si O

2 无定形相 . 在图

1 的晶界相中可发现具 有明显晶体取向的棒状晶体, 其长度为

267 nm , 直 径为

33 nm , 属纳米尺寸的微晶 . 总结所有观察到 的微晶形貌可发现, 棒状微晶的起始生长点总是位 于碳化硅晶体的外表面, 然后向晶界玻璃相内生 长, 有时中止于玻璃相内, 有时抵达对面的碳化硅 晶体 . 对晶界内各组成部分的 EEL S 测定结果示于 图2. 需要说明的是, 碳元素在实验中总能被检测 到, 原因是电子探针观测点温度很高, 高温碳化沉 积难以避免, 因此在下面的讨论中不予考虑 . 棒状 微晶的 EEL S 谱显示其同时包含 Si, N , O 三种元素[图2(B) ], 分析各元素原子比可确定为 Si2N 2O 晶体.作为比较, 对晶界玻璃相的测定显示该相仅包含 Si 和O 两种元素, 为Si O

2 玻璃相[图2(C) ]. 但 在碳化硅晶体外表面也发现N 元素的存在[图2(D ) ]. Fig.

2 TE M i mage of SiC-Si O2 composite(A) and EELS analysis results(B―D ) 通过以上电镜观察和测定, 可以发现N

2 烧结气氛对 SiC 晶体结构和组成的显著影响 . 由于氮气与 SiC 在1484 ℃即可发生反应[5 ] : 2N 2+ 3SiC Si3N 4+ 3C 在1860 ℃烧结, 氮化反应在 SiC 晶体外表面充分进行, 故导致氮化物在晶界处的富集[图2(D) ]. 部分Si3N

4 在高温下溶解于液态 Si O

2 晶界相中, 根据 Si2 N

2 O 平衡相图[6 ] , 冷却时 Si2N 2O 作为唯一的三 元素晶体而析出 . Si2N 2O 的晶核可能首先形成于 SiC 外表面处, 因为氮元素在此处富集, 然后向晶界

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3 No.

3 叶玉汉等: 液相烧结碳化硅晶界内氮化反应的研究 相生长, 最终形成如图

1 所示的晶体形貌 . 综上所述可知, 如果对烧结温度、气氛和添加剂等进行优化设计, 使氮化物晶体在晶界内大量形 成并合理分布, 将有利于克服碳化硅晶界玻璃相强度差的缺点, 从而改善碳化硅材料的性能 . 参考文献1Prochazka S. . Proceeding of the Conference on Ceram ics for H igh Perform ance Applications[C ], Hyannis, MA: Brook H ill Publish2 ing Co. , 1975: 7―13

2 OmoriM. , Takei H. . J. Am. Ceram. Soc . [J ], 1982, 65: C292

3 KeppelerM. , Reichert H. G. , Broadley J. M. et al. . J. Euro. Ceram. Soc . [J ], 1998, 5: 527―533

4 Jacobson N. S. , L ee K. N. , Fox D. S. . J. Am. Ceram. Soc . [J ], 1992, 75:

1 603―1

611 5 Seifert H. J. , L ukas H. L. , A ldinger F. . Ber. Bundenges . Phys . Chem. [J ], 1998, 102:

1 309―1

313 6 M cHale A. E. . Phase Equilibria D iagram s[M ], Volum e X, Ohio: The Am erican Ceram ic Society Press, 1994: 69―70 Studies on N itrogen ization Reaction i n L iquid-phase Si nteri ng of Si C Ceram ic YE Yu2 Han

13 , HE Bang2Shun

2 , WAN G Cun2Kuan

1 (1. D epartm ent of Chem istry , N ingbo U niversity , N ingbo 315211, China;

2. D epartm ent of Chem istry , East China U niversity of S cience & T echnology , S hanghai 200237, China) Abstract SiC ceram ic w as sintered through liquid phase by using Si O

2 as the sintering additive. M ixed N

2 and CO gasw as used as the sintering atmosphere. The m icrostructure of the densified SiC ceram ic w as ob2 served by using transm ission electron m icroscopy (TEM ) , Bar2like ting crystal w as found to distribute in the intergranular phase. The crystal w as identified by spatially2resolved electron energy2loss spectroscopy (EEL S) to be Si2N 2O. It is suggested that nitrogen, com ing from the sintering atmosphere, attends the chem ical reaction in SiC ceram ic at sintering temperature and is responsible for the appearance of the Si2N 2O crystalline. Keywords SiC;