直接烧结6H-SiC氧化机理的实验研究与分子动力学模拟

采用管式炉对直接烧结SiC在1200℃、1300℃和1400℃静止空气气氛下分别氧化1 h、5 h、12 h、24 h，使用热重分析仪分析质量变化曲线，用掠入射X射线衍射仪、场发射扫描电镜以及能谱仪表征氧化产物，揭示氧化机理；使用分子动力学软件LAMMPS在反应力场下模拟SiC的氧化行为。实验结果显示：直接烧结SiC的氧化遵循抛物线氧化规律，即氧化过程是由氧气向内扩散控制的，氧化过程可分为3个阶段；氧化层的形貌从最初的无定形SiO₂转变成球晶状SiO₂并伴随氧化速率的降低；随氧化时间的进一步增加，球晶特征转化为细晶结构并伴随氧化速率的升高；SiO₂结构转变以及氧化速率的改变与O₂通过氧化层的特定扩散形式有关。分子动力学模拟表明：6H-SiC的氧化是由O₂向内扩散控制的；6H-SiC高温氧化反应生成SiO₂的同时伴随着C元素向内聚积，C与O₂反应生成CO与CO₂，最终以气泡的形式逸出。