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。
宋文等研究发现,氮化硅铁在AI2O3-C体系中高温下主要发生Si3N4向SiC的转变(α-Si3N4先转化为β-Si3N4,后转化为SiC),氮化硅铁中的Fe3Si颗粒在此过程中逐渐变小,分散于SiC新相和未转变完的β-Si3N4中,材料的组织结构致密.陈俊红等研究了Fe-Si3N4-C体系材料高温时的物相变化和Fe元素的作用机制,结果表明:与Si3N4-C材料相比,Fe-Si3N4-C体系中的Fe对Si3N4向SiC转化具有明显的促进作用,使SiC的生成温度大大降低;Fe-Si3N4中的Fe3Si在C存在条件下变为Fe-Si-C熔体,[Fe]的活度增加,继而与Si3N4反应并吸纳其中的Si而成为Fe-Si-C系高硅过渡中间相,且伴随过渡中间相的流动、渗透,继而与C反应生成SiC或在熔体中析出SiC结晶,实现Fe对Si3N4向SiC转化的促进作用;而SiC的形成也将铁粒子由大分割变小,终形成SiC新相中弥散着铁粒子的复相结构.
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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!
氮化硅铁结合SiC复合材料在1100~1300℃的氧化主要是SiC与Si3N4的氧化,氧化产物SiO2能起到保护膜的作用,阻止进一步的氧化;而且,氧化反应初期单位面积的质量变化符合直线规律,氧化中期符合二次曲线规律,氧化后期符合抛物线规律.研究还表明,相比Si3N4结合SiC复合材料,氮化硅铁结合SiC复合材料中的Fe还可以提高材料的抗热震性!朱晓燕等以FeSi75和SiC为主要原料,直接氮化烧结,在1450℃成功制备了性能优异的氮化硅铁结合SiC复合材料,此材料的耐压强度为145MPa,荷重软化开始温度为1750℃,其主要物相组成为SiC、α-Si3N4和Fe3Si,氮化产物以α-Si3N4为主,并有少量的β-Si3N4;而且Fe并未参加氮化,而是以稳定的金属间化合物Fe3Si的形式分散于晶界中!
梅钢高炉炮泥中添加氮化硅铁后,增强了炮泥的抗渣和抗冲刷性能,卡焦现象的发生也得以降低!但也有研究均认为氮化硅铁的加入量对炮泥的抗渣侵蚀性影响不大或很小.将氮化硅铁和金属相Al和Si同时加入到无水炮泥中,利用原位反应生成氮化物和氢氧化物,自修复和自增强被破坏的炮泥组织结构的原理,研制出高性能的无水炮泥,而且已成功应用于首钢、迁钢和首秦!亓华涛发现:炮泥中添加氮化硅铁后,与加入SiC或的炮泥相比,其各个温度下的高温抗折强度都有不同程度的提高,其原因在于氮化硅铁中存在延性颗粒增强体Fe和金属间化合物Fe3Si,Fe3Si促进了炮泥烧结和α-Si3N4向β-Si3N4的转变,提高了氧化物、非氧化物间的结合强度!
炮泥已从单纯的消耗性耐火材料转变成功能性耐火材料,其质量的好坏直接关系到高炉生产能否顺行。传统的炮泥已经不能适应现代冶炼要求,开发高性能炮泥势在必行。Si3N4具有熔点高、强度高、抗热震性好和结构稳定的特点,在一定程度上提高了炮泥的高温强度、抗氧化性、抗侵蚀和抗冲刷性能,但炮泥的开口性能改善不明显,而且Si3N4价格又比较昂贵,限制了其在炮泥中的使用!氮化硅铁具有Si3N4的所有特性,含有的金属塑性相Fe能促进烧结,在一定程度上又能解决Si3N4难烧结的问题,而且价格比Si3N4低廉,故对氮化硅铁在炮泥中应用的研究越来越多!
东芝,新帝和SK海力士,它们的3D NAND还未量产,比预期的拖长时间。三星领先的32层及48法3D V NAND是基于电荷俘获型闪存(CTF)架构,或者称电荷俘获层(charge trap layer,CTL),采用高k阻挡层及金属栅。CTL是一层非导电层,如氮化硅层,可作为一层绝缘层,它与其它的存储器单元一样,设计用来减少单元与单元的干扰,降低误操作及增加可靠性。由于3D NAND单元架构对于单元与单元之间的干扰不敏感,因此写入数据速率可大幅提高,功能更佳。编程的步数大幅减少及功耗低。目前48层的3D NAND,相比32层己经非常接近于2D NAND的每位价格曲线。业界正期望未来的64层 3D NAND从价格方面能比过2D NAND。未来3D NAND将继续向64层,96层及128层发展,分析它们的困难在于多晶硅沟道的迁移率,深宽比付蚀,以及缺陷与成品率控制等。