318 北京科 技大学学报 2005年第3期 (a) A A—AlO3 (b) A A-Al0, 9 N-B-SiN N-B-SiN. O0'-Sialon 00'-Sialon S—Si 1400℃ A 1300℃ g 9 AA 1020 30405060708090100 10 203040 5060 70 8090100 281() 28/() (c) A A-A01 A-ALO A N一B-Si,N A N-B-SiN. OO'-Sialon O-O'-Sialon 1500℃ A (SiALO.N) 1600℃ A ON N N A N N ANNA ON A N 1020 30 40 506070 8090100 1020.3040 5060 70 8090 281() 201() 图1氯化后试样的XRD图谱 Fig.1 Patterns of XRD for a sample after nitridation at different temperatures 2.2显微结构 体积效应使得硅颗粒内部出现裂纹，同时氨气中 1300℃氯化后，试样的显微结构如图2所示. 的氧气浓度降低到能生成氮化硅的程度，渗入硅 由EDS分析结果并结合XRD分析，可以确定：图 颗粒内部与硅反应生成氮化硅，体积膨胀使得硅 中浅白色物质是残留下来的金属硅，其外形保持 颗粒进一步破裂，依此往复，使得氨化反应能够 完整，其中出现小坑可能是硅蒸汽逸出使然；外 完成. 层包裹的絮状物质是初生的O'-Sialon,亮白色物 氮化后如图4所示：单质硅已不复存在，其外 质是铁. 形不再保持完好，但硅破裂氮化成的氨化硅柱状 1400℃氨化后硅的形貌如图3所示.硅虽然 颗粒清晰可见，图4中B点所示.絮状晶O-Sialon 还能较好的保持外形，但已经部分分解破裂成小 进一步发育长大.硅的熔点是1412℃，当1500℃ 颗粒，且颗粒内部生成氮化硅如A点，外层的絮 氮化时，硅熔化成液相，氮化反应也由固-气(SV) 状O'-Sialon发育长大.可以认为，硅在反应过程 机制转变为液-气LV)机制，使得氨化反应加速， 中，外表面先发生氧氮化生成絮状的O'-Sialon, 硅氨化完全.可见，浅白色物质为残余的金属硅 图21300℃氨化后试样中硅的形态 Fig.2 Morphologies of silicon in a sample after nitridation at 1300C一 8 1 3 北 京 科 技 大 学 学 报 - 年 第 期 2 5 0 3 伪 一 ) A ^ 1 A A 2 0 , 毓 N 一p 一 Si 3N4 O 一勺 .一 S i a l o n 1 40 0 ℃ A A { …… 。 …袱摄几立太 2 6 / ( o ) 2 8 / (o ) A一 A L0 3 N一 p 一 5 1入 0 一O ,一 5 1日 o n 1 5 0 0 ℃ N ` p 一 5 1召 闷 O ~ 一0 ,一 S i a l o n ( 5 1 ,祷肠 . : 0 : 加 1 . . ) 侧葱韧军 侧毕惠友 A N 醉 A N 、NA“泪尸阳l|’I | . ’妇l|IL.r l .叮lJ A门1店沪les| 1 0 2 0 30 4 0 50 2口 / ( o 9 0 1 00 80 9 0 2 8 / ( O ) 0 口O ù n 7 U 一 )6 图 1 氮 化后 试样 的 X R D 图谱 价g . I aP 血 , . of X R D fo r a s a . P l e “ n e r . i tlr d a幼叨 at d廿卜比 . t 触 m p e ar tU溉 .2 2 显徽结 构 1 3 00℃ 氮化 后 , 试样 的显 微结 构如 图 2所 示 . 由 E D S 分析 结果 并 结合 X RD 分析 , 可 以确 定 : 图 中浅 白色物 质 是残 留下 来 的金 属硅 , 其 外形 保持 完整 , 其 中 出现小 坑可 能 是硅 蒸汽 逸 出使 然 ; 外 层包 裹 的絮 状物 质 是初 生 的 ’o 一 ial o n , 亮 白色物 质 是铁 . 1 4 0 0 ℃ 氮 化 后硅 的形 貌 如 图 3 所示 . 硅 虽然 还 能较好 的保 持外 形 , 但 己经 部分 分解 破裂 成 小 颗粒 , 且颗 粒 内部 生成 氮化 硅 如 A 点 . 外层 的 絮 状 ’O 一 is al o n 发育 长大 . 可 以认 为 , 硅 在 反应 过程 中 , 外 表 面先 发生 氧氮 化 生成 絮状 的 O ,-S i al on , 体积 效应使 得硅 颗粒 内部 出现 裂纹 , 同时氮 气 中 的氧气 浓度 降低到 能生成氮 化硅 的程 度 , 渗 入硅 颗 粒 内部 与硅反 应生 成氮化 硅 , 体 积膨胀 使得硅 颗 粒 进一 步破 裂 , 依此 往 复 , 使得 氮化 反 应 能够 完成 . 氮 化后 如图 4所 示 : 单质硅 已 不复存 在 , 其外 形不 再保持 完好 , 但 硅破 裂氮 化成 的氮化 硅柱 状 颗 粒清 晰 可见 , 图 4 中 B 点所 示 . 絮状 晶O -I is al on 进 一 步发 育长 大 . 硅 的熔 点 是 1 4 12 ℃ , 当 1 5 0 ℃ 氮 化 时 , 硅熔化成 液相 , 氮 化反应 也 由固一气 (s V ) 机 制 转变 为液一气 (口)机制 , 使得 氮化 反应 加速 , 硅 氮化 完全 . 可 见 , 浅 白色 物质 为残 余 的金属硅 . 图 2 1 3 0 ℃ 氮 化 后试样 中硅的 形态 F馆 . 2 M o印卜0 1 0口翻 o f ,川c o n 加 a s a m p le a触 r 目幼d浦 o n a t 1 3 0 ℃