[发明专利]一种氮化硅被动氧化层厚度确定方法

摘要

一种氮化硅被动氧化层厚度确定方法，本发明针对氮化硅(Si₃N₄)材料的氧化过程，建立了含气体边界层、全致密表面SiO₂氧化层、多孔SiO₂氧化层和原始材料层的Si₃N₄材料氧化模型。采用热重分析仪等温氧化实验技术，获得了氮化硅材料在1273‑1873K温度下的氧化增重及氧化层厚度增长曲线。研究结果表明，理论预测氧化层厚度增长曲线与实验结果吻合良好，且优于Marschall氧化模型的计算结果，所建立的氧化层模型能够较好地捕捉氧化层厚度增长行为。

主权项

1.一种氮化硅被动氧化层厚度确定方法,其特征在于步骤如下:(1)假设氮化硅材料只与氧气发生反应且化学反应处于热力学平衡状态，通过化学反应方程建立起Si₃N₄氧化的热力学模型进而构建氮化硅被动氧化预测模型；所述的被动氧化预测模型从外到内依次包括气体边界层、致密氧化层、多孔氧化层和原始材料层；(2)根据热力学模型中每个化学反应的化学平衡常数结合反应后气体总压等于环境压强的原则，计算反应后SiO₂的蒸汽压；(3)根据反应后SiO₂的蒸汽压，计算致密氧化层与气体边界层交接面的SiO₂浓度，进而得到该边界层的O₂浓度(4)氧化过程中，假设在原始材料层与多孔氧化层之间的交界面反应处于热力学平衡状态，采用Barin的热力学数据，得到该交界面的氧分压，进而得到该交界面的O₂浓度(5)根据气体的扩散通量守恒以及反应的热化学平衡守恒原则，根据步骤(3)、(4)确定的O₂浓度，计算氧化层的厚度。