Effect of temperature and gas composition on The corrosion behaviour of silicon nitrides exposed to sulphidizing environments of low oxygen potential

Little is known about the behaviour of advanced silicon nitride materials in reducing atmospheres (e.g. in coal gasification or in petrochemical plant). In such atmospheres with low oxygen potential and containing sulphur volatile silicon sulphides are formed in addition to the volatile silicon oxide, so that corrosion would be accelerated. In order to graphically represent these conditions a “volatility map” is presented which shows the conditions in such atmospheres at 1200 and 1300°C; the map shows the partial pressures of SiO and SiS (in equilibrium with Si or SiO2) vs oxygen and sulphur partial pressures. The map shows various corrosion regions: when SiO2 is not stable and high SiS partial pressures are predicted, corrosion may be catastrophic; when SiO2 is stable, the glassy surface layer initially prevents evaporation of SiS which, however, is gradually transformed into SiO, and high SiS partial pressures may result in internal sulphidation. Einfluß von Temperatur und Gaszusammensetzung auf das Korrosionsverhalten von Siliciumnitrid in sulfidierenden Atmosphären mit niedrigem Sauerstoffpotential Über das Verhalten der neuen Siliciumnitridkeramiken in reduzierenden Atmosphären (z. B. bei der Kohlevergasung oder in petrochemischen Anlagen) ist wenig bekannt. In solchen Atmosphären mit niedrigem Sauerstoffpotential, die Schwefel enthalten, treten neben dem flüchtigen Siliciummonoxid auch flüchtige Siliciumsulfide auf, wodurch die Korrosion beschleunigt wird. Zur Darstellung dieser Verhältnisse wird eine „Flüchtigkeitskarte”︁ entwickelt, die die Verhältnisse in solchen Gasen bei 1200 und 1300°C zeigt: dabei sind die Partialdrucke von SiO und SiS (im Gleichgewicht mit Si oder SiO2) in Abhängigkeit von Sauerstoffund Schwefelpartialdrucken aufgetragen. Dabei ergeben sich unterschiedliche Korrosionsbereiche: wenn SiO2 nicht stabil ist und hohe SiS‐V Partialdrucke zu erwarten sind, kann die Korrosion katastrophal werden; ist SiO2 stabil, so verhindert die glasartige Schicht zunächst die Verdampfung von SiS, doch wird sie allmählich in SiO umgewandelt, und hohe SiS‐Partialdrucke können zu innerer Sulfidierung führen.