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氮化硅锰

其实,作为一种氮化材料,氮化锰可应用在不同的领域中。由于锰、氮的各种作用,在炼制高强度钢、不锈钢、耐热钢时需要同时加人锰、氮元素。以单质形式加入锰、氮两种元素时,存在如氮的溶解度低、密度小、不易加入及氮的添加量不易控制等缺点。然而,以氮锰化合物形式加入时,不仅易于加入,并且锰、氮的利用率也高。为了能够加深大家对氮化锰的了解,掌握更多关于氮化锰的应用范围,将向大家简单的讲一下氮化锰薄膜的制作方法。传统的Mn基阻挡层主要通过PVD共沉积CuMn复合材料,然后使用热退火处理,使Mn扩散介质表面来实现。但是,在退火过程中,Cu与low-k(比如SiCOH)介质直接接触,将会导致Cu在介质材料中扩散;而且形成的MnSixOy薄膜导电性较差,一般为绝缘体,会导致RC延迟增加。以脉冲的方式向反应腔中通入Mn(EtCp)2蒸气,使之与衬底表面的Si-H或Si-OH活性基团发生反应(Mn(EtCp)2中某一个化学键断裂与衬底表面的悬挂键成键),在衬底上形成密集且均匀且密集吸附的Mn(EtCp)2层;通入吹洗用气体,以将反应腔中多余的Mn(EtCp)2蒸气以及气态的反应副产物吹洗干净;以脉冲的方式向反应腔中通入NH3气体,同时开启等离子体发生器使其电离产生NH3等离子体,并与吸附于衬底表面的Mn(EtCp)2发生化学反应(NH3等离子体将与Mn连接的苯环键打断,并与Mn成键)。通入吹洗用气体,以将反应腔中多余的NH3等离子体以及反应副产物吹洗干净,获得氮化锰薄膜。通过以上方法制成的氮化锰薄膜具有很多优点,如制作工艺简单,无需后退火,可直接在介质上形成MnxNy阻挡层薄膜。氮化锰薄膜具有很好的均匀性和表面平整度,较低的电阻率。希望大家可以通过这些信息,进一步增加对氮化锰薄膜的了解。同时,也能间接的了解到,氮化锰的应用范围

氮化硅铁

氮化硅铁的合成方法主要有两种,一种新的氮化硅铁合成方法,即闪速燃烧合成法。氮化硅和氮化硅铁虽然是市场上应有较广泛的一种高温材料,但是氮化硅铁制备方法,大多都采用直接氮化法,碳热学原氮化法,气相沉积法,热分解法等。而下面将要讲解的闪速燃烧合成氮化硅铁的新工艺,能够在常压下连续,大规模和低成本地燃烧合成氮化硅与氮化硅铁。生产时将硅铁细粉和氮化硅铁混合,并连续计量送入预热达1200摄氏度的连续反应器内,同时通入氮气。氮化硅铁粉及氮化硅铁均匀分散开,并受重力和氮气阻力的作用,在热氮气中漂浮,下落,与热氮气充分接触换热,并被急速加热,在燃烧反应区与氮气迅速发生燃烧合成反应。反应自身产生大量的热量,可自维持闪速燃烧合成的连续进行。氮化硅铁作为一种新型的合成原料,相对于氮化硅而言价格更低廉,将其加入到耐火材料中也解决了氮化硅难以烧结的问题,在铁沟料、炮泥和复合材料中应用越来越多。用硅铁直接合成氮化硅铁结合SiC复合材料,为氮化硅铁的应用又提供了另一种思路。然而,目前用于生产氮化硅铁的硅源FeSi75合金,虽然已取代了更为昂贵的金属硅,但相对市场价格仍然较高;采用碳热还原氮化法制取氮化硅铁虽然成本相对降低,但仍需要进行抽真空等措施,以使氮化炉等氮化设备内形成高纯氮化环境;而大部分氮化过程也都仍然需要在较高的氮气压力下,这使得高压容器很难实现大型化,不利于大批量生产氮化硅铁。这些都导致了合成氮化硅铁粉体和其结合的复合材料的价格较昂贵,不利于成本控制,限制了其在冶金行业的大规模应用推广。因此,耐火材料研究者和开发者的下一步工作是如何用其他更廉价的原料来代替硅铁合金,采用何种更加节能、更加安全、更加能够被大部分企业接受的设备或工艺来合成氮化硅铁或其结合的耐火材料,如何实现氮化硅铁制备的更大规模化和连续化生产,如何在耐火材料的其他领域来推广和应用氮化硅铁材料,这些都是亟待解决的问题。

氮化硅

随着钢铁冶炼等高温技术的发展,耐火材料及原料的开发及研究迫在眉睫,合成原料作为一种具有发展前途的耐火材料得到越来越多的应用。氮化硅铁(Fe-Si3N4)是近些年来出现的一种新型合成原料,它是以FeSi75铁合金为原料,利用氮化技术和高温合成工艺来制备的。氮化硅铁因含有Si3N4相,而具有Si3N4的一些优异性能,如高的耐火度,良好的抗侵蚀性,高的力学强度,良好的抗热震性,较低的热膨胀率,较高的抗氧化性等一系列优点;又因其含有Fe塑性相而具有良好的烧结性能。同时,相对于氮化硅而言,氮化硅铁价格更低廉,也便于进行工业化推广和生产,因此已被用为耐火材料的原料、高温结合相和高温结构材料,现已广泛应用于高炉铁沟浇注料和炮泥中。近年来,对氮化硅铁材料及其在耐火材料中应用的研究越来越多,也取得了一些成果。在本文中,介绍了氮化硅铁的合成、特性及其在浇注料、炮泥和复合耐火材料中应用的研究进展,并对其进行了前景展望。目前氮化硅铁主要用于浇注料、炮泥和复合耐火材料等耐火材料中。1、浇注料氮化硅铁在浇注料中的应用主要侧重于Al2O3-SiC-C铁沟浇注料、镁质浇注料和高铝浇注料等。1.1Al2O3-SiC-C铁沟浇注料Al2O3-SiC-C质浇注料具有良好的抗渣侵蚀性和抗冲刷性能,在高炉出铁沟的主沟、撇渣器和支沟等部位得到了广泛应用。但由于冶炼技术的发展,高炉利用系数的不断提高和高炉长寿化的要求,Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料寿命的进一步提高也刻不容缓。而现阶段的Al2O3-Si-C质铁沟浇注料在周期性熔渣、熔铁的化学侵蚀、热冲击和渣、铁的冲刷作用下容易出现脱落;同时铁沟浇注料中碳化硅和碳质材料在高温下的氧化也会造成材料的结构破坏,这些均会导致铁沟浇注料的损毁。氮化硅铁中的Si3N4具有不与渣和铁完全润湿的优点,可以改善铁沟浇注料的抗侵蚀性;Si3N4的氧化产物会在试样表面形成SiO2保护膜,阻碍了材料的进一步氧化,增强其抗氧化性能;金属塑性相Fe具有助烧结作用,可以改善浇注料的力学性能。陈俊红等比较了8%(w)的氮化硅和氮化硅铁对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料在1500℃时的防氧化行为。结果发现,高温氧化气氛下,表面氮化硅铁中的Si3N4首先氧化生成SiO2,构成氧化层的主体;随着铁相材料的氧化,形成的氧化铁(Fe,)降低了氧化层的熔点及熔体的黏度,增进了熔体在浇注料表面上的润湿性和流动性,形成了覆盖于浇注料表面的氧化层而阻止了炭素材料的氧化,使其具有比纯Si3N4更好的抗氧化性能。而浇注料内部的Fe并不是以氧化铁(FexO)的形式存在,对高温性能不会有害。刘斌的研究也得出同样的结论,并且发现氮化硅铁中的Si3N4在高温下氧化生成的N2和炭素材料氧化生成的CO会堵塞材料的内部气孔,从而有效地防止了进一步氧化。有研究表明:添加5%(w)的氮化硅铁可以提高Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的高温抗折强度、高温抗氧化性能。邢春山发现,随着氮化硅铁加入量的增加,铁沟浇注料的抗渣侵蚀性能略有提高。而发现氮化硅铁加入量为9%(w)时,抗渣性能好;当氮化硅铁量过大时,反应过程中大量游离铁的出现会造成材料内部出现大量的低共熔点物,从而降低浇注料的抗渣侵蚀性能。1.2镁质浇注料镁质浇注料具有耐火度和荷重软化温度高,不污染钢水,抗碱性渣侵蚀性好等特点,在炼钢炉及其钢包等热工设备上应用较多。涂军波等以二氧化硅微粉为结合剂,研究了不同氮化硅铁细粉加入量对镁质浇注料常温物理性能和高温力学性能的影响。发现在氮化硅铁加入量为3%(w)时,1200和1500℃烧后的常温强度以及1400℃的高温抗折强度均达到大,这是由于氮化硅铁加热过程中氧化生成的SiO2与镁砂生成了镁橄榄石,增加了材料的强度,铁相物质与氧化镁固溶促进了材料的烧结。为了解决加入氮化硅铁后镁质浇注料不好烧结的问题,涂军波等又研究了B4C加入量对镁质浇注料力学性能的影响,结果表明,B4C的加入一方面促进了烧结,提高了试样中高温处理后的强度;但另一方面B4C在烧结过程中氧化产生液相,降低了颗粒之间的直接结合程度,使得试样的高温抗折强度下降。1.3高铝浇注料高铝浇注料具有力学性能好、抗渗透、耐侵蚀、抗冲击等优异性能,广泛用于电站、锅炉、熔铸炉、加热炉、均热炉、热处理炉和感应炉等炉衬的不同部位。高杰等以高铝矾土熟料为主要原料,以纯铝酸钙水泥为结合剂,研究了氮化硅铁加入量对熔铝炉用高铝质浇注料性能的影响。结果表明,随着氮化硅铁加入量的增加,因氮化硅铁氧化生成的SiO2与氧化铝反应生成莫来石,增加了烧后试样的常温强度;然而氮化硅铁的部分氧化会造成基质中出现孔洞,增加了熔渣对试样的渗透。当氮化硅铁加入量为5%(w)时,坩埚试样铝液渗透比较严重。

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