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硅碳棒直接与空气中的氧气接触

    一般情况下,当气体在溶体中溶解度很小时,可以将该溶体视为近似理想溶体。而氧气气体分子在硅碳棒:块体中几乎不溶解,故可以将硅碳棒:视为近似理想溶体。但氧气在硅碳棒:中的溶解度并不符合Henry定律,这是因为氧气分子在溶解于硅碳棒:时,会分解成氧原子并占据硅碳棒:材料内部的间隙。在这种情况下,可参考Sievet定律,即氧气在硅碳棒:的溶解度与其相应气压的平方根成正比。在判断硅碳棒:的氧化反应时,氧气在硅碳棒:中的溶解度具有重要参考价值,由于溶解度难以量化,通常使用的判据为材料所处环境中氧气的分压。
    图1-3所示的是Mo-Si-。体系的相稳定图,横坐标为温度,纵坐标为氧分压的对数。由图可知,在氧分压低于阂值时,硅碳棒:并不发生氧化,随氧分压上硅碳棒:先会按照反应(1-1)氧化生成MosSi:和Si02。氧分压提高后,硅元素将逐步被氧化,直至形成Mo单质。此后,氧分压的提高将导致Mo元素发生氧化生成Moo:和Mo03,但Moo:相并不稳定,容易被进一步氧化生成Mo03。该结果说明在氧分压低于阂值时,硅碳棒:中的Si在氧化过程中会优先被氧化生成Si02而在氧分压高于阂值时,硅碳棒:将被直接氧化成为Moo:和Si02。
    在氧化初期,硅碳棒:直接与空气中的氧气接触,此时环境中的氧分压高,硅碳棒:按照反应(1-3)进行氧化生成Moo:和Si02,其中Moo:迅速挥发而残余的Si0:将覆盖材料表面以保护基体不受氧化。高温状态下,Si0:膜内部的氧气扩散速率低,这将大幅降低氧气在氧化膜下的分压,硅碳棒:几乎不氧化,随氧化时间延长渗入氧化膜的氧气含量增加,氧化膜下的氧气分压将逐步上升,逐步上升的氧气分压使得硅碳棒:按照反应(1-1)发生选择性氧化,即部分Si与氧气发生反应生成MosSi:和Si02。随着氧分压的不断提高,硅碳棒:中的Si将不断消耗直至完全被氧化为Moo:和Si02。www.beritawan.com

 

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