纳米碳化硅、氮化硅和掺杂氮碳化硅粉体的制备及其微波介电特性

为了制备耐高温吸波材料,用激光诱导气相反应法,以六甲基二硅胺烷[(Me3Si)2NH](Me:CH3)、乙炔、硅烷和氨气为原料,用双反应室激光气相合成纳米粉体装置分别制备了纳米SiC,Si3N4和SiC(N)粉体,纳米粉体的粒径为20～30nm.研究了纳米SiC,Si3N4和SiC(N)粉体在8.2～12.4GHz的微波介电特性,纳米SiC(N)粉体介电常数的实部(ε')和虚部(ε")在8.2～12.4GHz随频率增大而减小,介电损耗(tgδ=ε"/ε')较高,是较为理想的微波吸收材料,而纳米SiC和Si3N4粉体的tgδ基本为0.纳米SiC(N)粉体中S,C,N原子周围的化学环境比纯SiC和Si3N4相的混合体要复杂得多,这是导致其性能变化的主要原因.纳米SiC(N)粉体中的SiC微晶固溶了大量的N原子,在纳米SiC(N)粉体中形成大量的带电缺陷,在电磁场作用下形成极化耗散电流,极化弛豫是吸收电磁波的主要原因.     

用等离子气相制造超细碳化硅粉末

日本电信电话公社研究,将甲取三氯硅(CH_2SiCl_3)在氩气气氛中用等离子气相反应制备具有超细晶粒的碳化硅粉未,反应是在一个双管或三管的高频等离子喷焰中发生,当用三管喷焰时,除得到含     

锆英石碳热还原合成ZrB_2—SiC复合粉体

以锆英石、氧化硼、活性炭为原料,采用碳热还原合成工艺制备了ZrB2—SiC复合粉体,并对合成过程进行了热力学分析。考察了反应温度及原料配比对碳热还原合成ZrB2—SiC复合粉体的物相的组成、含量和显微结构的影响。结果表明:提高反应温度有利于ZrB2—SiC复合粉体的合成,适当过量氧化硼及活性炭有利于ZrB2—SiC复合粉体的合成。合成ZrB2—SiC复合粉体的最优参数为:当ZrSiO4、B2O3和C的摩尔比为1∶2∶12,在1 773K保温3h,可得到几乎纯相的ZrB2—SiC复合粉体。     

甲基氯化硅烷混合液的简单精餾与处理

用簡单方法由反应鍋內制造出来的甲基氯化硅烷(見本刊第一期33～35頁),主要为CH_3SiCl_3、(CH_3)_2SiCl_2和(CH_3)_3SiCl三种物貭的混合体,呈黄紅色(有时顏色較深)。它們的沸点分别为66.1℃、70.2℃及57.7℃。利用沸点不同的这一性貭,在常压下进行精餾就可把它們分开,得到无色透明液体。但在甲基氯化硅烷的混合液体中,也含有少量的四氯化硅(SiCl_4),沸点为57.6℃,这和三甲基氯硅烷的沸点只相差0.1℃,要分离它們較为困难。     

熔盐法合成Ti3SiC2粉体

以NaCl为熔盐介质,利用熔盐法在真空条件下合成了Ti3SiC2粉体。研究了煅烧温度和原料中Si的含量对合成Ti3SiC2粉体成分及形貌的影响。研究发现使用熔盐法可以在相对较低的温度下合成的Ti3SiC2粉体,当Ti∶Si∶C的摩尔配比为3∶1.3∶2时,在1200℃保温2h可以获得质量分数为97%的Ti3SiC2粉体,且所获得粉体形貌较为均匀,无明显团聚现象。     

碳纤维上碳化硅涂层的工艺研究

用热壁法在1050～1250℃的温度范围内,利用CH_3SiCl_3作原料,H_2作载气,Ar作稀释气体,在碳纤维上用化学气相沉积法(CVD)涂覆碳化硅涂层。在CH_3SiCl_3温度为19±3℃,H_2/CH_3SiCl_3为5:1,Ar的流量为2.67升/分的条件下得到均匀的碳化硅涂层。涂层的结构为β-SiC。H_2影响反应过程,从而影响产物的组成及结构。在沉积初期,涂层厚度与反应时间成正比。沉积反应的活化能为82kJ/mol。     

聚乙烯亚胺表面改性SiC粉体的流动特性

采用聚乙烯亚胺（PEI）作为表面活性剂对工业用SiC粉体进行表面改性处理,研究了改性前后SiC粉体的流动特性以及PEI加入量和pH值的影响.实验结果表明：PEI加入量为3%（质量分数）、pH值为6.5时,改性后的SiC粉体取得较好的流动特性和较高的饱和吸附量,颗粒分散较好,颗粒尺寸和形状较为均匀.     

SiC粉体预处理对浆料流变性能的影响

本文采用ICP-AES测定了去离子水洗涤,酸洗和碱洗等SiC粉体预处理过程中金属离子的含量,研究了杂质离子对SiC浆料流变性能的影响.XRD和TEM测试表明:SiC粉体在低浓度酸碱洗涤过程中,晶型和形貌几乎没有发生变化.由ICP-AES定量分析结果可知,随着SiC粉体表面杂质离子的减少,浆料的粘度不断降低,稳定性升高.低浓度HCl溶液去除SiC粉体表面杂质离子的效果最佳,浆料流变性能得到了显著改善.     

有机硅高沸物制备β-SiC粉体的初步研究

以有机硅高沸物为原料高温热解制备β—SiC粉体。实验证明：有机硅高沸物在1450℃下晶化2h，可以得到晶型较好的β—SiC，用Pt和FeSO4作为复合催化剂可有效提高有机硅高沸物的陶瓷转化率。     

表面预处理对燃烧合成β-SiC粉体水基浆料流动性的影响

以燃烧合成工艺制备的β-SiC粉体为原料,系统研究了煅烧、酸洗、碱洗3种预处理工艺对燃烧合成SiC粉体表面特性和水基浆料流动性的影响。SiC粉体中的杂质,即可溶性金属离子和粉体表面的SiO2的含量是影响粉体zeta电位和浆料流动性的关键因素。这3种预处理工艺均能有效降低SiC粉体中的杂质含量,从而改善浆料的流动性,其中碱洗处理的效果最为显著。     

甲烷微尺度燃烧中气相反应与催化反应间的相互作用

以往对甲烷微尺度催化燃烧的研究中,甲烷的气相反应往往没有受到足够的重视,有时候甚至被忽略。为了了解气相反应在甲烷的微尺度燃烧中所起的作用,本文使用了计算流体力学软件Fluent对CH_4和空气的预混气体在微尺度平板燃烧器中的催化燃烧过程进行了数值模拟,对比在0.2mm和1mm两种间距的微尺度平板燃烧器内CH_4的催化燃烧过程,研究了微尺度平板燃烧器内CH_4气相反应与CH_4催化反应的相互影响,其中重点研究了CH_4气相反应对CH_4催化反应的影响。模拟结果显示:(1)在间距为0.2mm和1mm的微尺度平板燃烧器中,CH_4气相反应均是由CH_4催化反应所引起;(2)在0.2mm间距的微尺度平板燃烧器中,CH_4气相反应产生的OH促进了CH_4催化反应的进行;(3)在1mm间距的微尺度平板燃烧器中,CH_4气相反应对CH_4催化反应仍然具有促进作用,但对CH_4催化反应的抑制作用更为显著。研究结果可以为设计和开发高效稳定的微尺度平板燃烧器提供参考。     

纳米SiC、纳米Al2O3及其复合粉体的分散性研究

以六偏磷酸钠为分散剂,水为分散介质,研究了纳米Al2O3纳米SiC单相粉体以及Al2O3／SIC复合粉体悬浮液的分散性。研究结果表明,通过加入适量的分散剂,改变分散介质,调节pH值,可以获得分散性良好的纳米Al2O3纳米SiC及其复合粉体的稳定悬浮液;蒸馏水是较好的分散介质;球磨、六偏磷酸钠的用量、pH值对纳米Al2O3粉体、纳米SiC粉体及其复合粉体的分散影响很大。     

化学镀法制备SiC/Cu金属陶瓷复合粉体工艺的研究

为改善SiC与其他金属的结合性能，采用化学镀法在SiC粉体上镀Cu，制备包覆型陶瓷颗粒。通过精选、粗化、敏化、活化表面镀前处理，用硫酸铜镀液成功地得到在SiC上均匀镀Cu的包覆粉体，利用Olympus显微镜观察到包覆程度可达95％，通过详细讨论镀液的配方、pH值、镀液与SiC粉体的配比与对包覆效果的影响，最终得到硫酸铜用量控制在10—15g／l能得到我们所控制的沉积反应速度；包覆反应过程中pH值控制在11—13之间较为合适。     

Cu包裹SiC复合粉体工艺的研究

选用工业生产的SiC粉,利用非均相沉淀法,将Cu均匀地包裹在SiC表面,得到了包裹均匀的Cu／SiC复合粉体。通过调节反应溶液的pH值控制SiC颗粒表面的zeta电位,解决包覆过程中颗粒团聚的问题。X射线衍射分析表明：经过包覆反应能够得到大部分包裹着Cu相的SiC颗粒。SEM形貌观察分析表明：SiC颗粒的大小、形状均对包覆效果有影响,小的SiC颗粒比大的包覆效果好,球形颗粒比其他形貌的包覆效果好。     

双反应室激光诱导气相合成纳米Si/C/N复相粉体及其微波介电特性

用激光诱导气相反应法,以六甲基二硅胺烷(Me3Si)2NH)(MeCH3)为原料,用双反应室激光气相合成纳米粉体装置合成了纳米Si/C/N复相粉体,复相粉体的粒径为20～30nm,纳米粉体的分散性好,无严重团聚.研究了纳米Si/C/N复相粉体在8.2～12.4 GHz的微波介电特性,纳米Si/C/N复相粉体介电常数的实部(ε′)和虚部(ε″)在8.2～12.4 GHz随频率增大而减小,复合材料的ε′和ε″可以通过纳米粉体的含量进行调整,而且介电损耗(tgδ=ε″/ε′)较高,是较为理想的微波吸收材料,计算结果表明经典的有效媒质公式对含纳米Si/C/N复相粉体的复合材料是不适合的.纳米Si/C/N复相粉体中Si,C,N原子周围的化学环境比纯SiC和Si3N4相的混合体要复杂得多,这是导致其性能变化的主要原因.纳米Si/C/N复相粉体中的SiC微晶固溶了大量的N原子,在纳米Si/C/N复相粉体中形成大量的带电缺陷,在电磁场作用下形成极化耗散电流,极化弛豫是其吸收电磁波的主要原因.     

化学激励燃烧合成Si3N4/SiC复合粉体的研究

研究了利用聚四氟乙烯作活化剂时Si／C混合粉末在氮气中燃烧合成Si3N4／SiC复合粉体。结果表明：当聚四氟乙烯的加入量为10％(质量分数)时可有效激励Si-C弱放热反应，使之以燃烧合成方式生成Si3N4／SiC复相粉。在埋粉条件下Si／C／SiC混合粉末也可以实现燃烧合成Si3N4／SiC复相粉。氮气参与反应时可进一步提高燃烧反应温度，并且首先以气相-晶体生长机制生成Si3N4，然后在高温贫氮的反应前沿Si3N4分解，再与C反应生成SiC。在Si3N4／SiC复合粉中Si3N,形貌以晶须为主。综合X射线衍射分析、扫描电镜观察及原子力显微镜观察对实验结果进行了讨论，解释了Si3N4晶须的形成原理。     

碳化硅粉体化学镀镍前无钯活化工艺

采用有机镍的醇溶液对SiC粉体进行活化,以实现SiC粉体化学镀镍前的无钯活化。通过单因素试验研究了活化液中乙酸镍含量、硼氢化钠含量、活化温度、时间等参数对SiC粉体表面镍包覆率的影响,得到适宜的活化工艺条件为:乙酸镍0.6~30.0 g/L,硼氢化钠0.4~4.0 g/L,温度10~30°C,时间1~40 min。采用该工艺对SiC粉体活化后,其镍包覆率达100%,后续化学镀镍–磷合金层均匀,为非晶态。     

粉体粒度对镍/Ti3SiC2复合镀层耐磨性的影响

采用电沉积法制备了Ni/Ti3SiC2复合镀层。镀液组成和工艺条件为:NiSO4·6H2O 250 g/L,NiCl2·6H2O 45 g/L,H3BO340 g/L,Ti3SiC2粉体35 g/L,pH 4.0,温度(55±1)°C,搅拌速率400 r/min,电流密度0.65 A/dm2,时间30 min。研究了Ti3SiC2粉体粒度对Ni/Ti3SiC2复合镀层耐磨性的影响。结果表明,随Ti3SiC2粉体粒度减小,复合镀层的表面粗糙度减小,耐磨性提高。经磨损试验后,Ni/Ti3SiC2复合镀层未出现裂纹或剥落等严重的磨损现象,说明Ni/Ti3SiC2复合镀层具有良好的耐磨性。     

低温化学气相沉积SiC涂层显微结构及晶体结构研究

在CH_3SiCl_3-H_2体系中,采用化学气相沉积法(CVD)在1000～1300℃制备了SiC涂层。研究了SiC涂层的沉积速率和温度之间的关系,发现低温化学气相沉积SiC为动力学控制过程,反应的表观活化能为85～156 kJ/mol。SiC涂层的外观颜色及涂层表面的显微结构随沉积温度变化而呈现规律的变化:当沉积温度<1150℃时,SiC涂层的外观颜色为银白色,涂层表面致密、光滑;当温度≥1150℃时,SiC涂层外观颜色逐渐变暗,涂层表面变得疏松、粗糙。利用XRD分析了不同沉积温度下SiC涂层的晶体结构,随着温度的升高,SiC涂层的结晶由不完整趋向于完整;当沉积温度≥1150℃,SiC涂层的XRD谱图中除了β-SiC外还出现了少量α-SiC。     

SiC粉体表面乙酸的吸附与其浆料流变性研究

针对大分子有机改性剂易造成SiC浆料黏度升高的问题，探索采用乙酸、乙醇等小分子有机物在溶剂热环境中与SiC粉体相互作用的可行性。考察小分子极性有机物在粉体表面的吸附状态，以及粉体在水相中的分散稳定性和流变性能。TOC（总有机碳）测试表明，经过120℃溶剂热处理后，乙酸分子牢固地吸附于SiC粉体表面，增加了表面疏水性减少了粉体与水的结合，同时Zeta电位得到了进一步的提高，pH值10.2时为-67.7 mV。与原始粉体相比，用乙酸溶剂热处理后的SiC粉体所制备的固含量为35 vol%的浆料，黏度低、流变性好。