Химия - Нитрид кремния - Свойства кристаллических модификаций

28 февраля 2011


Оглавление:
1. Нитрид кремния
2. Обработка
3. Свойства кристаллических модификаций
4. Использование
5. История вещества

• Голубые атомы — азот, серые — кремний
• 

  тригональная α-Si₃N₄

• 

  гексагональная β-Si₃N₄

• 

  кубическая γ-Si₃N₄

Существуют три кристаллографические структуры нитрида кремния, названные α, β и γ. Α и β фазы являются наиболее распространенными формами нитрида кремния, могут быть произведены при обычном давлении. Γ фаза может быть синтезирована при высоких давлениях и температурах и при давлении 35 ГПа.

Α и β-Si₃N₄ имеют тригональную сингонию и гексагональную структуры соответственно, которые построены по углам обмена тетраэдров Si₃N₄. Их можно рассматривать как структуры, состоящие из слоев кремния и атомов азота в последовательности ABAB … или АВСВАВСВ … в β-Si₃N₄ и α-Si₃N₄ соответственно. Слой AB повторяется и в α, и в β фазах, а CD с АВ на плоскости скольжения только в α фазе. Тетраэдры в Si₃N₄ в β форме соединены между собой таким образом, что тоннели формируются параллельно оси элементарной ячейки. В связи с плоскостью скольжения, которая находится с AB до CD, α структура содержит пустоты вместо тоннелей. Кубическая γ-Si₃N₄ форма часто называется «с-модификацией» в литературе, по аналогии с кубической модификацией нитрида бора. Γ-форма нитрида кремния имеет структуру шпинеля, в которой каждые два атома кремния соединяются с шестью атомами азота, образуя октаэдр, и один атом кремния соединяет четыре атома азота, образуя тетраэдр.

Более длинная последовательность укладки приводит к получению α-фазы с более высокой твердостью, по сравнению с β-фазой. Тем не менее, α-фаза химически неустойчива по сравнению с β-фазой. При высоких температурах, будучи нагретой до жидкой фазы, α-фаза переходит в β-фазу. Таким образом, β-Si₃N₄ является основной формой, используемой в керамическом деле.

Недавно было показано, что нитрид кремния, может изменять свое состояние остаточных напряжений при воздействии циклического нагружения. Это бросает вызов надежно установленным знаниям о механических свойствах этого материала, поскольку он предлагает несколько потоков материалов при низких температурах в связи с циклической нагрузкой.

---

Свойства α и β-Si₃N₄ форм:

• Для α-Si₃N₄: а=0,7765 нм, с=0,5622 нм, пространственная группа P31c;
• Для β-Si₃N₄: а=0,7606 нм, с=0,2909 нм, пространственная группа P6₃/m.
• α-Si₃N₄ превращается в β-форму при температуре выше 1400 °C.

β-Si₃N₄ стабилен до 1600 °C; не плавится.

Свойства α-Si₃N₄:

• Интенсивно возгоняется с разложением выше 1600 °C
• Плотность: 3,192 г/см³,
• С°_p: 93,01 Дж/,
• ΔH°_обр: 787,8 кДж/моль,
• S°₂₉₈: 66,07 Дж/,
• Теплопроводность:
  • 62,8 Вт/ при 300 К;
  • 20,0 Вт/ при 1573 К,
• Температурный коэффициент линейного расширения: 3,4×10 К,
• Температура Дебая: 1140 К,
• Ширина запрещенной зоны: 4,0 эВ,
• Диэлектрическая проницаемость: 6,3-7,1,
• Тангенс угла диэлектрических потерь:×10,
• Твердость по Виккерсу:
  • 45,3 ГПа;
  • 34,8-35,8 ГПа,
• Модуль упругости: 298 ГПа.

Просмотров: 6617

<<<