多晶硅喷涂知识(汇总).docx

喷涂知识1、氮化硅的特性氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料。它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。它极耐高温，强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900℃才会分解，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；同时又是一种高性能电绝缘材料。氮化硅的正真应用前景主要在耐磨、耐高温的材料领域，在光伏行业，除了作为电池片的减反射膜，最多的应用就是铸锭的脱模剂，也是我们接触最多的应用。2、氮化硅的结构氮化硅（Si3N4）存在有3种结晶结构，分别是α、β和γ三相。α和β两相是Si3N4最常出现的型式，且可以在常压下制备。γ相只有在高压及高温下，才能合成得到，它的硬度可达到35GPa。 - Si3N4 ，六方晶格常数a=0.7748～0.7765nm，c=0.5617～0.5622nm，易形成等轴状颗粒结构。 - Si3N4，六方晶格常数a=0.7608nm，c=0.2910nm,易形成长柱状结构。 1400~1600℃加热-Si3N4会转变成-Si3N4 。但不能说相是低温晶型， 是高温晶型。低温合成时两相可同时存在，两种结构除有对称性高低差别外，并没有高低温之分！只不过相对称性低，容易形成， 相在热力学上更稳定！ 喷涂使用的氮化硅也可以分为两种，一种是-Si3N4 、另一种是-Si3N4 ，我们可以在氮化硅的出厂报告中看到诸如- Si3N4 95%的标准，而行业内使用最多的是- Si3N4 ，我公司以往使用的也是这种氮化硅，而-Si3N4应用的较少。 行业内有一种说法：太阳能多晶硅铸锭用的硅熔融体与石英陶瓷坩埚隔离的氮化硅涂层，严格要求α相含量达到95％以上，几乎不允许β相的存在，这主要是α相的氮化硅为长柱状结构， β相的存在，影响了氮化硅涂层和石英陶瓷坩埚的结合强度，以致在高温长晶过程中，氮化硅涂层容易剥落，造成硅熔融体与石英陶瓷坩埚直接接触，由于硅熔融体具有强的侵蚀能力，高温硅液就与其它物质发生激烈的反应，这一方面容易出安全事故，另一面导致太阳能多晶硅的纯度降低。 从这一说法中我们可以得到一个大致的结论：α相氮化硅和β氮化硅在单独使用且纯度很高的情况下能够达到很好的脱模效果，但是两种氮化硅同时存在时即纯度不高时，由于两种氮化硅的晶格结构不同，导致连接处结构不够稳定，从而影响氮化硅与坩埚的结合强度，增加粘埚率。 有研究阐述，α→β相变分为四步进行：（1） - Si3N4在硅酸盐溶液中溶解；（2） - Si3N4溶解后形成的Si3N4四面体集团在硅酸盐溶液中扩散；（3） - Si3N4在硅酸盐溶液中成核；（4） - Si3N4晶核生成晶粒。 在利用HREM和EDS能谱分析α→βSi3N4相变过程时发现其中的硅酸盐基本上是镁的硅酸盐。3、氮化硅的物理性质Si3N4相对分子质量140.28。灰色、白色或灰白色（呈灰色是因为氮化硅中有杂质或游离硅比例较大）。密度3.44g/cm3。莫氏硬度9~9.5。属高温难熔化合物，无熔点，常压下1900℃左右分解，抗高温蠕变能力强，不含粘结剂的反应烧结氮化硅负荷软化点可高达1800℃多。热膨胀系数小，（2.8~3.2）×10－6/℃导热性好－（2～155W/(mK)）－良好的抗热震性能（从室温～1000℃热冲击不会开裂）电绝缘性－（电阻率：1015～1016·cm）介电损耗小，抗击穿电压高（受合成方式、游离Si、烧结助剂引入的杂质等影响）4、氮化硅的化学性质化学稳定性：硅氮共价键结合，键能很高，生成焓很高－稳定的化合物（1）抗氧化性 800℃以下干燥气氛中不与氧反应，800℃以上开始反应：反应在试样表面生成氧化硅膜，随温度升高氧化硅膜逐渐变得稳定，到1000℃左右形成致密氧化硅保护层，从而防止氮化硅继续氧化，直到1400℃都基本稳定。（喷涂烧结的原理）潮湿空气中，氮化硅受热200℃以上，即可发生表面氧化作用此反应生成的氧化硅是无定形的，不能形成致密保护膜，这个反应会不断缓慢进行。另外氧化作用与氮化硅陶瓷的气孔和由添加剂形成的晶界相有很大关系，碱金属杂质会加快氧化反应。不均匀部分及杂质会使局部氧化加快，形成凹坑，大大降低陶瓷强度。（2）抗熔融金属腐蚀性氮化硅对单质金属熔液（Al，Zn，Cd，Au，Ag，Sn，Pb，Bi，Ga，Ge，In）不浸润，不受腐蚀。在真空或惰性气体中不受Cu腐蚀，有氧时氧化铜会与氮化硅反应。Mg、Si能将氮化硅润湿并微量侵蚀过渡元素熔液能强烈润湿氮化硅并与Si反应生成硅化物，迅速分解氮化硅放出氮气。 对于合金熔液，氮化硅对黄铜、硬铝、镍银等很稳定，对铸铁、中碳钢等也有较好的抗蚀性，但