逆反应烧结制备碳化硅/氮化硅复合材料的工艺

制备Si3N4／SiC复合材料的常规反应烧结是以Si和SiC为原料进行氮化烧结,而逆反应烧结是以Si3N4和SiC为原料,首先使Si3N4反向反应为活性氧化物后再进行烧结。建立逆反应烧结工艺制备Si3N4／SiC复合材料的热力学基础。确定了Si3N4先于SiC氧化;氧化产物可以是SiO2,也可以是Si2N2O;形成的SiO2氧化膜不会与基体材料反应;在膜与基体之间可能生成Si2N2O。论证了逆反应烧结的热力学可行性。通过6个烧结实验,证实了其热力学分析的正确性,并从工艺参数与密度变化、残氮率和比强度等关系筛选出最佳的烧结工艺参数。     

影响Si3N4结合SiC制品烧结的各因素及机制

探讨了各因素如SiC尺寸及数量、原料颗粒级配，硅粉添加量，添加剂，氮气纯度及最终反应温度对反应烧结Si3N4结合SiC制品性能的影响及其作用机理。     

非氧化物复合耐火材料的热力学性能

为了在耐火材料中能动地应用非氧化物,系统了解非氧化物的热力学性质是非常必要的。为此,首分析了非氧化物在氧化气氛下的不稳定性及顺序,并就如何转变这个不利的性质,以实现在氧化气氛下烧结非氧化物复合材料而提出了“逆反应烧结”工艺。在深入研究Si、Al系氮化物的氧化机理后发现,当氧分压低于“转换氧分压”时,可显著生成其气态的亚氧化物。亚氧化物可以在邻近表面层沉积,形成致密层。致密层的形成使材料具有“自阻碍氧化”的性能。Si、Al的加入可增加亚氧化物的含量,从而加厚、加宽致密层,使材料的抗氧化和抗侵蚀能力得到提高。文中详述了Si3N4 -Al2O3、Si3N4 -MgO和Si3N4 -SiC三个体系的研究情况。结果表明:逆反应烧结工艺可制备出性能良好的复合物;Si、Al除可促进烧结外,还能提高致密层的密度和宽度。     

通过氮化硅基质中SiO2的现场碳热还原反应制备Si3N4-SiC微／纳米复合材料

利用α-Si3N4、无定形碳(炭黑)和Y2O3组成的混合物，通过对Si3N4基质微粒表面上的SiO2进行碳热还原反应，或在原料基质中加入该混合物，制备了SiC／Si3N4微／纳米复合材料。进行特殊的热处理后，CO气体(碳热还原反应产物)从材料中排出，材料残余孔隙度降至2％以下。在SiC和Si3N4界面上，存在包含无定形富氧层的粒间和粒内SiC内含物，它是由单体碳和熔融二氧化硅反应而生成的。反应要消耗晶界相中的二氧化硅。晶界化学性质的改变对本纳米级复合材料的室温性能和高温性能都有影响。     

碳化硅-氧化硅-复合氧化物系烧结制品

日本开发了一种由稀土类氧化物-氧化铝-氧化硅与SiC及Si3N4混合料组成的烧结制品，它强度高、韧性好。其配料组成（％）：由稀土类氧化物95～5，Al2O34．9～94．9及SiO20．1～10组成的复合氧化物5～95；粉料、晶须或者它们复合的SiC90～5；粉料、晶须或者它们复合的Si3N410～95的非氧化物混合料95～5。把此混合料成型后，置于非氧化性气氛中．以5～2000℃·min－1的升温速度加热，在1500～1900℃下保温1～600min，烧成制品无空隙和空洞。碳化硅-氧化硅-复合氧化物系烧结制品…     

SiC表面处理对Si3N4-SiC材料显微结构的影响

摘要在用反应烧结法制备Si3N4结合SiC复合材料时,如在反应前对SiC原料进行高温表面处理,可使SiC颗粒表面生成一层SiO2氧化层,该氧化层在高温、氮气气氛中会生成Si3N4颗粒或纤维,从而有效连接各SiC颗粒。     

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。     

SiC原料颗粒级配对Si3N4结合SiC复合陶瓷材料的影响

采用SiC粉和Si粉高温氮化反应烧结制备Si3N4结合SiC复合陶瓷材料。研究四种SiC原料粉体(0-1mm、74μm、44μm、和0.5μm)中三种不同粒度不同含量颗粒级配对Si3N4结合SiC复合陶瓷材料的影响。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对试样的物相和显微结构进行表征,并对试样的耐压强度等力学性能进行测试。结果表明:采用三种SiC较细粉体颗级配且如下组成:74μm的含量为5 wt%,44μm的含量为10 wt%,0.5μm的含量为35 wt%,所制备的Si3N4结合SiC陶瓷材料的基本烧结性能较好,其体积密度为2.43g/cm3,耐压强度为324MPa。     

燃烧合成制备Si3N4-TiN-SiC陶瓷的显微结构

以TiSi2为反应原料,SiC作稀释剂,燃烧合成制备Si3N4-TiN-SiC陶瓷.利用燃烧波"淬熄"法使反应各个阶段的物相得以保留,通过X射线衍射及扫描电镜分析TiSi2在燃烧合成中的反应过程及显微组织转化.结果表明:完全反应后产物的主相为Si3N4,其余为TiN和SiC.在燃烧过程中,TiSi2首先受热熔化,包覆于SiC颗粒表面,随后与N2反应生成TiN和Si.Si在高热作用下发生熔化、汽化,液态Si与未反应的TiSi2互溶.生成的Si与氮气发生反应,形成Si3N4晶核,并不断长大.燃烧合成反应过程中,Si3N4晶须的生长十分复杂,由气-液-固机制、气-固机制及蒸发凝聚的气相生长机制共同作用.     

氮化烧结制备Si3 N4 -SiC复相陶瓷

以酚醛树脂作为结合剂,以冷等静压方法成型制备氮化烧结Si3N4-SiC复相陶瓷,研究了结合剂对坯体强度和生成材料物相组成的影响。坯体强度随酚醛树脂含量增加而提高,最高强度达到23MPa,实现坯体可直接机械加工。经过氮化烧结,生成材料物相中含有SiC,含量达到7.1%～15.7%,并观察到细小的等轴颗粒αSi3N4、棒状晶粒βSi3N4以及少量针状和晶须状Si3N4。SiC颗粒与Si3N4结合在一起,被Si3N4包裹。Si3N4-SiC复相材料的生成机理:300～600℃,酚醛树脂发生裂解,形成单质C,残碳率为50%;1000～1100℃,C开始与Si发生固相反应,形成SiC;1100℃后,Si开始发生氮化反应,生成Si3N4。     

Sialon／SiC复相材料研究进展

根据相图，合成Ｓｉａｌｏｎ相的技术途径包括采用Ｓｉ３Ｎ４粉末和其它反应添加物以无压或热压工艺高温合成，或以Ｓｉ粉与其它金属及其氧化物为原料无压反应烧成而成，ｉａｌｏｎ粉末也可通过粘土类矿物的碳热还原反应来合成，但前两种技术作乱在原料及合成工艺上的高成本使其难于在耐火材料领域大规模开发应用，后一种工艺目前仅见到合成Ｓｉａｌｏｎ粉末的试验报道，本研究在对粘土类矿物合成Ｓｉｌａｏｎ粉末的研究基础上，由廉     

氮化硅加入量对镁质浇注料力学性能的影响

以镁砂为主要原料,以硅灰为结合剂,研究了不同氮化硅加入量对镁质浇注料的常温物理性能和高温力学性能的影响,用X射线衍射仪、扫描电镜等对浇注料的物相和显微结构等进行了分析.结果表明:经110℃,24h烘干的浇注料的常温抗压和抗折强度随着氮化硅加入量的增加而降低;经1 200℃,3 h烧结后的浇注料的常温抗压和抗折强度随着氮化硅加入量的增加先升高后降低,并在氮化硅加入量为3%(质量分数,下同)时达到极值点;经高温(1 500℃,3 h)烧结后的浇注料的常温抗压和抗折强度随着氮化硅加入量的增加而降低;烘干后的浇注料的高温(1 400℃)抗折强度在氮化硅加入量为3%时达到最大.在加热过程中氮化硅的作用包括两方面:一方面能部分氧化成二氧化硅,进而形成纤维状的镁橄榄石,增大浇注料的强度;另一方面氮化硅保留下来妨碍烧结,导致浇注料的强度降低.     

原料体系对Ti3SiC2合成过程中相组成和显微结构演变的影响

分别以粉末钛粉、硅粉、石墨和钛粉、碳化硅、石墨为原料,采用热压烧结法制备了Ti3SiC2材料,借助XRD和SEM手段研究了原料体系和烧成温度对试样相组成、致密化程度和显微结构的影响,并分析了反应烧结机理。结果表明:(1)随着温度的升高,钛粉-硅粉-石墨体系较钛粉-碳化硅-石墨体系合成出的Ti3SiC2块体材料纯度更高;(2)钛粉-硅粉-石墨体系在烧结温度低于1300℃时,主要以Ti5Si3、TiC和残余的硅粉、石墨反应生成Ti3SiC2,在烧结温度为1300～1600℃时,主要以形成的液相Ti-Si(L)与TiC反应生成了Ti3SiC2;钛粉-碳化硅-石墨体系在1485℃液相出现之后,颗粒经历重排和溶解再析出的过程,在液相中生成Ti3SiC2。     

刚玉-氮化硅-碳化硅复合材料的性能研究

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在氧化气氛下制成试样.将试样分别在1500 ℃、1550 ℃和1600 ℃保温5 h进行埋炭处理.利用XRD、SEM和EDS等检测方法,结合热力学分析,研究了氧化气氛烧成后试样的物相变化以及高温埋炭条件下Si_3N_4的稳定性.结果表明:氧化气氛烧成后生成一种莫来石固溶体Si_6Al_(10)O_(21)N_4;高温埋炭处理后Si_3N_4和Si_6Al_(10)O_(21)N_4会部分转化为SiC,Si_3N_4向SiC明显转化的温度大于1500 ℃,Si_6Al_(10)O_(21)N_4向SiC明显转化的温度大于1550 ℃.     

采用有机前驱体制备Si3N4／SiC纳米复相陶瓷

本研究采用有机前驱体为主要原料，通过热解及烧结制备了两类Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ纳米复相陶瓷，研究了这些材料的微结构特点，讨论了材料强化的机制及力学性能与显微结构的关系。     

激光诱导化学气相沉积制备SiC Si3n4超细粉末

利用CWCO_2激光来加热SiH_4和C_2H_4、SiH_4和NH_3的混和气体,使SiH_4和C_2H_4、SiH_4和NH_3发生化学反应,从而得到SiC、Si_3N_4超细粉末.本文所制备的SiC、Si_3N_4超细粉末平均粒径分别为15nm、17nm,并具有颗粒大小均匀、呈球状、分散性较好、纯度高等优点.X射线衍射分析表明SiC、Si_3N_4超细粉末呈非晶态结构.     

真空电弧等离子射流法制备超细纤维

利用真空电弧等离子射流法制备出Si+SiO_2、Si+Si_3N_4超细纤维,分析了超微粒子的表面效应、等离子体烧结作用、反应气氛及温度场等对超微颗粒生长过程的影响。