การพัฒนาการผลิตซิลิคอนไนไตรด์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

Abstract

รายงานฉบับนี้เป็นรายงานความก้าวหน้าของการวิจัยในรอบหนึ่งปีของโครงการพัฒนาการผลิตซิลิคอนไนไตรด์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งได้รับการสนับสนุนทุนอุดหนุนการวิจัยจากเงินงบประมาณแผ่นดินประจำปีงบประมาณ 2549 โดยโครงการวิจัยนี้เป็นโครงการต่อเนื่องเป็นปีที่สองต่อจากโครงการวิจัยในปีงบประมาณ 2548 ในโครงการวิจัยนี้ได้ศึกษาการสังเคราะห์ซิลิคอนไนไตรด์จาก 2 กระบวนการอันได้แก่ กระบวนการไนไตรเดชันของซิลิคอนและกระบวนการคาร์โบเทอร์มอลของเถ้าแกลบ เพื่อให้สามารถผลิตซิลิคอนไนไตรด์ที่มีเฟส alpha ซึ่งเป็นเฟสเป็นที่ต้องการในปริมาณที่สูงขึ้นด้วยกระบวนที่มีราคาถูก ดังนั้นรายงานฉบับนี้จึงแบ่งออกเป็นสองส่วนใหญ่ๆ ตามกระบวนการทั้งสองนี้ ในส่วนของกระบวนการไนไตรเดชันของซิลิคอนนั้น ได้ทำการศึกษาผลของการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ อันได้แก่ แมกนีเซียม ซีเรียม(cerium) อิเทอร์เบียม (yttrium) แคลเซียม ทองแดง และ ลูทิเทียม (lutetium) โดยศึกษาการเกิดปฏิกิริยาไนไตรเดชันโดยใช้การเพิ่มอุณหภูมิแบบเป็นขั้นตอนจาก 1300 ไปเป็น 1390 องศาเซลเซียส และมุ่งเน้นการศึกษาผลของตัวเร่งปฏิกิริยาต่อการเกิดปฏิกิริยาและอัตราส่วนของเฟส alpha ในซิลิคอนไนไตรด์ที่สังเคราะห์ได้ โดยพบว่าสามารถสังเคราะห์ซิลิคอนไนไตรด์ที่มีปริมาณเฟส alpha มากกว่า 95% ได้โดยการใช้ แคลเซียม อิทเทอร์เบียม หรือ อิทเทรียม เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และสามารถสังเคราะห์ได้เฟส alpha สูงมากกว่า 99% ได้โดยการเติมอิทเทอร์เบียมลงไปในซิลิคอนในสัดส่วน 2% โดยมวลหรือโดยการเติมแคลเซียมลงไปในสัดส่วนเพียง 0.125% ในส่วนของกระบวนการคาร์โบเทอร์มอลของเถ้าแกลบนั้นเป็นการศึกษาถึงอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลในการเร่งปฏิกิริยาให้สามารถเกิดขึ้นได้ภายในเวลาที่ไม่ยาวนานจนเกินไป รวมถึงการศึกษาผลของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะต่างๆ อันได้แก่ เหล็ก อะลูมิเนียม แมกนีเซียม ทองแดง และ อิทเทรียม โดยพบว่าโลหะเช่นเหล็กและอะลูมิเนียมสามารถช่วยเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ อย่างไรก็ตามชนิดของโลหะที่ใช้ส่งผลต่อเฟสของซิลิคอนไนไตรด์ที่สังเคราะห์ได้ ในกลุ่มของโลหะที่ศึกษานั้น มีเพียงอิทเทรียมที่ส่งผลในการช่วยเร่งการเกิดซิลิคอนไนไตรด์ในเฟส alpha