Kurzfassung

Oxidation von NSiC-Platten und Folgen für den Betrieb von MVA: Die Brennraum- temperaturen in MVA betragen 800 C bis 1100 C [PAW07]. In diesem Temperatur- bereich wird NSiC durch die H2O(g)- und O2-Atmosphäre im Feuerraum oxidiert [SCH02]. Durch die Oxidation steigen Masse und Volumen der NSiC-Platten aufgrund der Bildung von Siliziumdioxid (SiO2) und Siliziumoxinitrid (Si2ON2) aus Siliziumnitrid (Si3N4) und Siliziumcarbid (SiC) an.
Bedingt durch die Art der Herstellung weisen NSiC-Platten...Oxidation von NSiC-Platten und Folgen für den Betrieb von MVA: Die Brennraum- temperaturen in MVA betragen 800 °C bis 1100 °C [PAW07]. In diesem Temperatur- bereich wird NSiC durch die H2O(g)- und O2-Atmosphäre im Feuerraum oxidiert [SCH02]. Durch die Oxidation steigen Masse und Volumen der NSiC-Platten aufgrund der Bildung von Siliziumdioxid (SiO2) und Siliziumoxinitrid (Si2ON2) aus Siliziumnitrid (Si3N4) und Siliziumcarbid (SiC) an.
Bedingt durch die Art der Herstellung weisen NSiC-Platten eine offene Porosität von 10 bis 20 % auf. Die Oxidation läuft sowohl auf der inneren Oberfläche der offenen Porosität als auch auf der äußeren Oberfläche der NSiC-Platten ab. Durch die Oxida- tion bildet sich eine Schicht aus SiO2 auf den Oberflächen, die die weitere Oxidation diffusionsbedingt verlangsamt. Mit fortschreitender Oxidation verschließt die gebilde- te Schicht aus SiO2 zudem die Porenmünder, d. h. die Öffnungen der offenen Porosi- tät an der äußeren Oberfläche. Der Verschluss kann im besten Fall nach einigen Stunden eintreten, im Fall von minderwertigen Materialien erst nach Monaten. Durch den Porenverschluss wird die Oxidation der inneren Oberfläche weiter verlangsamt. Da die innere Oberfläche ca. 95 % der Gesamtoberfläche ausmacht, wird damit die Kinetik der Oxidation bestimmt. Diese Reaktionsmechanismen und deren Kinetik, und damit die Oxidationsbeständigkeit der NSiC-Platten, hängen erkennbar von der Porenstruktur ab (Porenradius, Porenform, spezifische Oberfläche, Porengrößenver- teilung, Anteil der offenen Porosität). Beispielsweise werden Porenmünder mit gerin- gerem Radius schneller verschlossen. Weiterhin hängt die Oxidationsbeständigkeit vom ortsaufgelösten Phasenbestand an alpha-/beta-Siliziumnitrid ab, da diese Phasen eine unterschiedliche morphologische Ausprägung und damit unterschiedlich große Oberflächen aufweisen, welche in der oxidativen Atmosphäre potenziell oxidieren. So kann ein Bestand an nadelförmigen alpha-Si3N4 (höchste spezifische Ober- fläche) nah an der geometrischen Oberfläche zu einem schnellen Porenverschluss führen (hochwertige Platten), während nadelförmiges alpha-Si3N4 im Probeninneren zu einer erhöhten inneren Oxidation führen kann (minderwertige Platten). Weiteres Wissen über den Mechanismus und die Kinetik der Oxidation liegt kaum vor.» weiterlesen» einklappen