Table 1
Parabolic oxidation rates and activation energies for oxidation determined for SiHfBCN2 (this study) and SiC powders [29].
Ceramic Temp. [◦C] Parabolic rate [mg2•cm-4 h-1] Activation energy [kJ mol-1]
SiHfBCN2-9 112.9 ± 46.5
1300 1.00 × 10-8
powder
1400 2.50 × 10-8 Table 2
Apparent and corrected parabolic oxidation rates of monolithic SiHfBCN samples.
Ceramic BET surface [m2/g] Temp. [◦C] Apparent parabolic rate [mg2 cm−4 h−1] Corrected parabolic rate [mg2 cm−4 h−1] Activation energy (Ea) [kJ mol−1]
Table 3
Comparison of activation energies for the oxidation of SiHfBCN, other Si-containing
materials and HfC.
Material Temp. [◦C] Activation energy [kJ mol−1] Reference
Si3N4 1065–1340 285 [34]
Si 1000–1200 126 [35]
CVD SiC 1200–1600 125 [36]
monolithic SiCN 900–1200 120 [7]
Borosilicate* 700–800 138 [37]
HfC 480–600 197 [38]
SiHfBCN2 powder 1200–1400 112.9 This work
SiHfBCN1 monolith 1200–1400 174 ± 58 (SiHfBCN1) This work
SiHfBCN2 monolith 1200–1400 140 ± 39 (SiHfBCN2) This work
* The activation energy refers to the oxygen diffusion process through borosilicate
glass and not to its oxidation.
temperature range of 1200 to 1400 ◦C are shown in Fig. 4. The oxidation behavior of monolithic SiHfBCN1 and SiHfBCN2 also follows the parabolic law. Furthermore, at 1200 and 1300 ◦C, it was found that the specific weight gain of SiHfBCN1 and SiHfBCN2 exhibits a linear increase in time at the beginning of the oxidation (soaking
time below 5 h) and might be related to the oxidation of the Hf containing phases. However, the weight gain rate of SiHfBCN1 and SiHfBCN2 seems to slow down with increasing the exposure time (above 5 h); this probably relies on the formation of a silica-based dense oxide scale.
The apparent parabolic oxidation rates Kp of the SiHfBCN monoliths were determined cf. Eq. (1), assuming that the surface of the samples corresponds to their geometric surface (see Fig. 5).
The apparent parabolic rate (Kp) and the Ea are summarized in Table 2. The Kp values of monolithic SiHfBCN1 and SiHfBCN2 are 2.7 × 10−1 and 2.3 × 10−1 mg2 cm−4 h−1 at 1400 ◦C, respectively.The relatively high Kp values probably related to the presence of open porosity in the studied monolithic samples (i.e. 5.8 and 10.4 vol% for SiHfBCN1 and SiHfBCN2, respectively). When the oxidation temperature is below 1400 ◦C, the SiHfBCN1 monolith (having lower Hf and B content than that of SiHfBCN2) shows better oxidation resistance than SiHfBCN2. This probably is related to the lower open porosity of SiHfBCN1 (Pop = 5.8%; compare to 10.4 vol% for SiHfBCN2). Furthermore, we consider that the oxidation of SiHfBCN1 and SiHfBCN2 leads to the formation of boron-containing silica scale(borosilicate). AS borosilicate glasses show higher viscosities at lower boron contents[33].lower diffusion rates of molecular oxygen through the passivation scale of SiHfBCN1 can be expected. Thus,a lower oxidation rate is observed in SiHfBCN1 at tempetures below 1400 C.Whereas, similar parabolic rates were found in both SiHfBCN1 and SiHfBCN2 exposed oxidation conditions at 1400 c is significantly higher as compared to those measured at 1200 and 1300 ◦C.
The as-determined, apparent values of the oxidation rate were corrected upon considering the specific surface area of the monoliths instead of their geometric surface area (see Eq. (2). Thus, the corrected parabolic rates are 6–7 orders and 5–6 orders of magnitude lower than the apparent values of Kp and agree well with the values determined from the oxidation experiments of the powder samples. Additionally, the Ea amounts 174 ± 58 and 140 ± 39 kJ mol−1 for SiHfBCN1 and SiHfBCN2, respectively (Table 2).
In Table 3, the Ea values of the oxidation process for the monolithic SiHfBCN samples are listed in comparison to activation energies for the oxidation of other silicon-based ceramics as well as of borosilicates and HfC. We consider the oxidation process of
monolithic SiHfBCN samples as being of parabolic nature but rather complex, i.e., occurring with the formation of silica, boria and HfO2,as well as of borosilicate and HfSiO4, as discussed below. This makes an interpretation of the activation energy of their oxidation rather difficult.
Interestingly, the values of the activation energy determined for the monolithic samples are higher than that obtained from the oxidation of the analogous powder samples. Currently no reasonable explanation for this difference is available. However, it is known that various structural parameters, e.g., grain size, porosity ,secondary grain boundary phases etc., might significantly affect the oxidation kinectics and have strong influence on the activation energy. Thus additional studies are needed in order to elucidate this fact
ตารางที่ 1อัตราการออกซิเดชันเชิงพาราโบลาและกระตุ้นพลังการพิจารณา sihfbcn2 ( การศึกษา ) และ SiC ผง [ 29 ]ขายเซรามิก [ C ] [ mg2 อัตรา◦โค้ง - ส่วน cm-4 ] สงครามชีวิตโอชิน [ KJ mol-1 ]sihfbcn2-9 112.9 ± 46.51300 1.00 × 10-8ผง1400 2.50 × 10-8 ตาราง 2ชัดเจนและแก้ไขจานดาวเทียมออกซิเดชันอัตราตัวอย่าง sihfbcn เสาหินเซรามิคว่าพื้นผิว [ m2 / g ] ชั่วคราว [ C ] ◦ชัดเจนเป็นรูปเท่ากัน [ mg2 cm − 4 H − 1 ] แก้ไขรูปโค้งเท่ากัน [ mg2 cm − 4 H − 1 ] พลังงานกระตุ้น [ kJ mol − 1 ]ตารางที่ 3การเปรียบเทียบการใช้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของ sihfbcn , อื่น ๆจังหวัดที่มีวัสดุและ HFC .อุณหภูมิของวัสดุ ◦ [ C ] สงครามชีวิตโอชิน [ kJ mol − 1 ] อ้างอิงดิฟะ - 1127 285 [ 34 ]ซี 1000 - 1200 126 [ 35 ]ซีวีดี SIC 1200 – 1600 125 [ 36 ]เสาหิน sicn 900 - 1200 120 [ 7 ]borosilicate * 700 – 800 138 [ 37 ]โดย 480 – 600 197 [ 38 ]sihfbcn2 ผง 1200 – 1400 112.9 ทำงานนี้sihfbcn1 Monolith 1200 – 1400 174 58 ± ( sihfbcn1 ) งานนี้sihfbcn2 Monolith 1200 – 1400 140 ± 39 ( sihfbcn2 ) งานนี้* กระตุ้นพลังงาน หมายถึง กระบวนการแพร่ผ่าน borosilicate ออกซิเจนแก้ว ไม่ใช่การออกซิเดชันช่วงอุณหภูมิ 1200 1400 ◦ C แสดงในรูปที่ 4 การศึกษาพฤติกรรมของ sihfbcn1 เสาหินและ sihfbcn2 ยังตามกฎหมายรูปโค้ง . นอกจากนี้ ใน◦ 1200 และ 1300 องศาเซลเซียสพบว่าน้ำหนักตัวของ sihfbcn1 speci จึง C และเส้น sihfbcn2 จัดแสดงเพิ่มขึ้นในเวลาที่เริ่มต้นของปฏิกิริยาออกซิเดชัน ( เปียกเวลาด้านล่าง 5 H ) และอาจจะเกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันของ HF ที่มีระยะ อย่างไรก็ตาม น้ำหนักและอัตรา sihfbcn1 sihfbcn2 ดูเหมือนว่าจะชะลอตัวลงตามการเพิ่มเวลาเปิดรับแสง ( สูงกว่า 5 H ) ; นี้อาจจะต้องอาศัยการก่อตัวของซิลิกาสเกลออกไซด์หนาแน่นตามส่วนอัตราการออกซิเดชันของพาราโบลา เคพี sihfbcn ระนาบตัดสินใจ CF . อีคิว ( 1 ) สมมติว่าพื้นผิวของตัวอย่างที่สอดคล้องกับพื้นผิวทางเรขาคณิตของพวกเขา ( ดูรูปที่ 5 )อัตราโค้งชัดเจน ( KP ) และ EA สรุปได้ในตารางที่ 2 ที่ KP ค่า sihfbcn1 เสาหินและ sihfbcn2 × 10 − 1 เป็น 2.7 และ 2.3 × 10 − 1 mg2 cm − 4 H − 1 ใน 1400 ◦ C ตามลำดับ เคพี ค่อนข้างสูง ค่าอาจจะเกี่ยวข้องกับการเปิดรูพรุนในการศึกษาเสาหิน ( คือ 5.8 และ 10.4 เปอร์เซ็นต์ และ sihfbcn2 Vol sihfbcn1 , ตามลำดับ ) เมื่อเกิดอุณหภูมิต่ำกว่า 1400 ◦ C , sihfbcn1 เสาหิน ( มี HF ล่างและ B เนื้อหามากกว่าที่ sihfbcn2 ) แสดงต้านทานออกซิเดชันได้ดีกว่า sihfbcn2 . นี้อาจเกี่ยวข้องกับล่างเปิดรูพรุนของ sihfbcn1 ( ป๊อป = 5.8 เปอร์เซ็นต์เทียบกับร้อยละ 10.4 โวล sihfbcn2 ) นอกจากนี้ เราได้พิจารณาแล้วว่า การเกิดออกซิเดชันของ sihfbcn1 sihfbcn2 และนำไปสู่การก่อตัวของโบรอนที่มีซิลิกาสเกล ( borosilicate ) เป็นแก้ว borosilicate แสดงความหนืดสูงที่เนื้อหาโบรอนลดลง [ 33 ] ลดอัตราการแพร่ของโมเลกุลออกซิเจนผ่านรุ้ง ขนาดของ sihfbcn1 สามารถคาด ดังนั้น อัตราการออกซิเดชันที่ลดลงจาก sihfbcn1 ที่ tempetures ด้านล่าง 1400 C ส่วนอัตราโค้งคล้ายที่พบในทั้ง sihfbcn1 sihfbcn2 เปิดเผยเงื่อนไขและปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ 1400 C สูงกว่าเมื่อเทียบกับวัดที่ 1200 และ 1300 ◦ Cเป็นค่ากำหนดที่ชัดเจนของอัตราการออกซิเดชัน เมื่อพิจารณาถึงประเภทจึง C พื้นที่ผิวของระนาบแทนพื้นที่ผิวของรูปทรงเรขาคณิต ( เห็นอีคิว ( 2 ) ดังนั้น , แก้ไขจานดาวเทียมราคา 6 – 7 คำสั่ง และ 5 – 6 คำสั่งของขนาดต่ำกว่าค่าที่ชัดเจนของ KP และเห็นด้วยกับค่ากำหนดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันโดยผงตัวอย่าง นอกจากนี้ เอ จำนวน 174 ± 58 และ± 39 kJ mol − 1 , 140 สำหรับ sihfbcn1 และ sihfbcn2 ตามลำดับ ( ตารางที่ 2 )ตารางที่ 3 , EA คุณค่าของกระบวนการออกซิเดชันเพื่อ sihfbcn เสาหินอยู่ในการเปรียบเทียบกับการใช้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของเซรามิกอื่น ๆรวมทั้งของ borosilicates และ HFC . เราพิจารณากระบวนการออกซิเดชันเสาหิน sihfbcn ตัวอย่างของธรรมชาติ แต่เป็นรูปโค้งที่ค่อนข้างซับซ้อน เช่น ที่เกิดขึ้น กับการก่อตัวของซิลิกา และ boria hfo2 เช่นเดียวกับ borosilicate hfsio4 และ , ตามที่กล่าวไว้ด้านล่าง นี้จะทำให้การตีความของพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาออกซิเดชันของพวกเขาจึงค่อนข้างแยกศาสนาทั้งนี้ ค่าพลังงานกระตุ้นได้ตัวอย่างเสาหินสูงกว่าที่ได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวอย่างผงที่คล้ายกัน ปัจจุบันยังไม่มีคำอธิบายที่เหมาะสมสำหรับความแตกต่างนี้สามารถใช้ได้ อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันว่า ค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆของโครงสร้าง เช่น ขนาดของรูพรุนเมล็ดพืช , ระยะขอบเกรนรอง ฯลฯ อาจมีผลต่อการ kinectics และมีอิทธิพลในการกระตุ้นพลังงาน ดังนั้น เพิ่มเติม การศึกษาใช้เพื่ออธิบายข้อเท็จจริงนี้
การแปล กรุณารอสักครู่..
