硅粉直接氮化反应热力学分析及动力学机理研究

段生朝^1,2，麻建军^1,3，郭汉杰^1,2，石骁^1,2，毛煜¹

1. 北京科技大学冶金与生态工程学院2. 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室3. 中色(宁夏)东方集团有限公司

摘 要：利用TG-DSC热重同步热实验分析的方法,研究不同升温速率下,硅粉氮化机理及化学反应动力学.发现温度在1 000¹ 300℃时:差示扫描量热曲线各出现一个吸热、一个放热峰,说明氮化机理已发生改变.在1 000¹ 100℃温度范围内,氮化硅转化率显著增加,即温度是影响其转化率的主要因素.实验表明:氮化反应的限制性环节由反应开始阶段的界面化学反应控制和之后的界面化学反应与内扩散混合控制组成;通过动力学计算得到表观活化能E=404.5 k J/mol,频率因子A=9.57×1015m/s,反应级数n=0.95,最终得到反应的速率方程的数学表达式.

关键词：氮化硅;热重分析;热力学;动力学模型;合成;