工业炭黑加入量对复相结合碳化硅耐火材料性能的影响

为研究工业炭黑对复相结合碳化硅耐火材料性能的影响，以碳化硅颗粒(3～1、1～0.088 mm)与细粉(<0.088 mm)、硅粉(<0.088 mm)、工业炭黑(牌号N990)、SiO₂微粉(d₅₀=0.26μm)和ρ-Al₂O₃微粉(d₅₀=6.0μm)等为主要原料，采用预制浇注成型，在氮气气氛中于1 400℃热处理，制备了复相结合碳化硅试样。研究了N990加入量(w)分别为2.5%、3.0%、3.5%时试样的物理性能、物相组成与显微结构。结果表明：1)随N990加入量的增加，泥料的流动性改善，脱模强度及干燥强度提高。2)随N990加入量的增加，氮化后试样的显气孔率升高，体积密度和抗折强度均有下降，试样中游离C含量升高，α-Si₃N₄减少。3)随N990加入量的增加，因炭黑颗粒团聚的概率增加，氮化处理后试样显微结构的均匀性变差。Si-C和Si-N发生反应烧结，除连续的絮状基质外，局部还出现了致密孤岛状的β-SiC或O′-...     

干熄炉斜道“牛腿”耐材的改进

干熄炉斜道＂牛腿＂耐材材质为莫来石碳化硅砖,使用中均出现不同程度的损坏,用β-SiC砖替代莫来石碳化硅砖重新砌筑后,可延长干熄炉砌体的使用寿命。     

硅质耐火材料中矿化剂氮化硅铁和碳酸钙的作用机理

硅砖使用石灰土加铁鳞的组合矿化剂是早期国内生产条件限制下的无奈选择，随着生产条件的提升，探寻新型矿化剂以实现硅砖性能的进一步突破是切实可行且十分必要的。本工作分别以氮化硅铁和碳酸钙替代传统石灰乳加铁鳞的复合矿化剂制备硅砖。制备的新型硅砖性能良好，添加2%(质量分数)氮化硅铁和碳酸钙的硅砖中鳞石英含量分别达到62%和65%。结果表明：以氮化硅铁作为矿化剂的硅砖内，海胆结构氮化硅铁中柱状Si₃N₄相互交织构成的Si₃N₄网络，通过自身的氧化反应对其中心位置的Fe和Fe₃Si起到了保护作用，于高温下实现了FeO–Fe₂O₃–SiO₂三元系中更高的FeO/Fe₂O₃摩尔比，并同时降低了液相的生成温度。借由氮化硅铁中Fe、Fe₃Si、Si₃N₄的还原性，FeO–Fe₂O₃...     

SiC惰性氧化对Al2O3-SiO2浇注料线变化率的影响

以三级矾土（5～0.088、≤0.088 mm）、特级矾土（1～0.088、≤0.088 mm）、碳化硅（≤0.074 mm）为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,加入适量的α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉和减水剂制备了Al₂O₃-SiO₂浇注料。对经1 400℃空气气氛保温24 h烧后试样的线变化率、显气孔率、化学组成、物相组成和微观结构进行分析,探讨了SiC加入量（w）分别为3%、6%、8%、10%时SiC的惰性氧化对试样线变化率的影响。结果表明：1)SiC惰性氧化产物SiO₂可以填充气孔,降低显气孔率,但SiO₂生成后并不会立即与Al₂O₃发生反应形成莫来石;2)二次莫来石化是试样线变化率提高的主要因素,过量SiC抑制了自身的惰性氧化,氧化产物SiO₂相对减少,不利于试样的烧结以及二次莫来石化的持续进行;3)全组分试样中SiC加入量（w）为6%时...     

定形耐火材料的高温耐磨性研究

用高温耐磨试验装置研究了高铝砖、刚玉砖、氮化硅结合碳化硅砖和黏土结合碳化硅砖4种定形制品在高温下的耐磨性。结果表明:耐火制品的磨损量随温度的变化曲线可分为两种类型,非氧化物材料(氮化硅结合碳化硅砖)的磨损量-温度曲线接近水平直线,即在整个试验温度区域中(25~1 400℃)磨损量几乎没有变化;氧化物(或氧化物结合)耐火制品(高铝砖、刚玉砖和黏土结合碳化硅砖)在一定温度范围内磨损量变化不大,温度达到某值以上,磨损量大幅度降低,此温度对应为该种材料开始塑性变形温度。高铝砖、刚玉砖、黏土结合碳化硅砖磨损量开始明显下降的温度点分别为800、1 000和600℃。影响不同材质耐火砖的高温耐磨性的因素有物相组成、玻璃相性质以及工艺因素等。     

鱼雷罐用微气孔高强度Al2O3-SiC砖的研制与应用

以特级矾土(粒度分别为5~3mm、3~1mm、≤1mm、≤0.088mm)、工业SiC(粒度≤1mm)、电熔刚玉(粒度分别为3~1mm和≤0.088mm)和软质黏土粉(粒度≤0.088mm)为原料,按常规生产工艺制备鱼雷罐用烧成Al2O3-SiC砖,研究了粒度组成以及硅微粉、活性氧化铝微粉、蓝晶石微粉和红柱石微粉4种添加剂及其加入量(分别为3%、5%和8%)对Al2O3-SiC砖显气孔率、孔径分布和强度的影响,并在钢厂鱼雷罐上对研制的Al2O3-SiC砖进行了实际使用试验。结果表明:以颗粒紧密堆积理论为基础设计原料的粒度组成,加入合适种类和数量的添加剂,能够生产出强度大,显气孔率低,气孔孔径小且分布窄的Al2O3-SiC砖;研制的Al2O3-SiC砖在钢厂鱼雷罐上使用时具有良好的抗渣侵蚀性和抗铁水冲刷性,粘渣少且易清除,使用寿命比普通Al2O3-SiC-C砖延长34.5%。     

匣钵材料抗氢氧化锂侵蚀性研究

为寻找抗碱性强且满足三元正极材料烧结使用的匣钵材料，将LiOH·6H₂O分别置于重结晶SiC、β-SiC结合SiC质匣钵材料上，在氧气气氛下经780℃保温20 h进行侵蚀试验，并与市售的堇青石-莫来石质匣钵材料做对比，采用SEM及XRD分析了3种材料的显微结构与物相组成。结果表明：1)β-SiC结合SiC材料经侵蚀后表面生成了一层厚度为4.2 mm的反应层；重结晶SiC材料表面没有明显的反应层；堇青石-莫来石材料表面变得凹凸不平，表面以下生成深度约1.8 mm的反应层。2)匣钵材料的致密性会显著影响Li₂O的渗透深度；β-SiC结合SiC材料较为致密，Li₂O渗透深度浅，反应所伴随的体积膨胀效应严重改变了材料的表面结构。3)重结晶SiC材料显气孔率及孔径均大于β-SiC结合SiC材料的，Li₂O更容易渗透进入重结晶SiC材料内部，在内部孔隙中生成Li₂SiO₃,但重结晶SiC材料的整体结构未受到明显影响。     

Si3N4粉粒度对振荡压力烧结Si3N4陶瓷的影响

为了提高Si₃N₄陶瓷的烧结致密度,采用振荡压力烧结工艺分别在1 745和1 775℃制备了Si₃N₄陶瓷,主要研究了Si₃N₄粉的粒度（平均粒径分别为0.4、2.0、2.3μm）对Si₃N₄陶瓷的显微结构和性能的影响。结果显示：1)在两种温度的振荡压力烧结工艺下,由三种不同粒度的Si₃N₄粉制备的Si₃N₄陶瓷的相对密度都很大,为99.65%～99.86%,彼此相差很小。2)由平均粒径为0.2μm的Si₃N₄粉在1 745℃烧结制备的试样的微观结构最均匀,其β-Si₃N₄晶粒平均长径比、抗弯强度和维氏硬度均最大,分别达到5.0、（1 364±65） MPa和（15.72±0.8） GPa;由平均粒径为2.3μm的Si₃     

β-SiAlON结合刚玉砖的高温力学性能与显微结构

以常用的刚玉砖和低蠕变高铝砖作对比材料,研究了β-SiAlON(包括氧化铝基β-SiAlON和矾土基β-SiAlON)结合刚玉砖的高温力学性能、显微结构特征和断裂特征。结果表明:(1)β-SiAlON结合刚玉砖在1 400℃时的抗折强度是刚玉砖和低蠕变高铝砖的5倍以上,其塑性变形开始温度和粘滞流动开始温度都较刚玉砖和高铝砖的高200~300℃,在相同条件下,其高温蠕变变形率仅为低蠕变高铝砖的10%~20%;(2)在β-SiAlON结合刚玉砖中,主晶相刚玉颗粒构成了砖体的骨架结构,原位生成的β-SiAlON晶体填充于刚玉颗粒的间隙中,与粒状刚玉结合紧密,这种结构特征增强了复合材料的高温力学性能;(3)在1 400℃高温下,β-SiAlON结合刚玉砖的断裂方式是以穿颗粒断裂为主的混合断裂。     

冰刀用高强韧Si3N4陶瓷的制备与性能研究

以α-Si₃N₄粉为原料,MgO-La₂O₃-Lu₂O₃为三元复合烧结助剂,采用气压烧结工艺制备Si₃N₄陶瓷条,研究烧结助剂及添加β-Si₃N₄增强相对Si₃N₄陶瓷微观结构及力学性能的影响。结果表明,三元复合烧结助剂促进了烧结的致密化,提高了材料的力学性能,在最高烧结温度1 750 ℃、复合烧结助剂添加量8%(质量分数)时,得到密度为3.172 8 g/cm³、维氏硬度达到15.85 GPa、断裂韧性和抗弯强度分别为9.69 MPa·m^1/2和1 029 MPa的冰刀用Si₃N₄陶瓷。添加β-Si₃N₄材料的断裂韧性得到提高,最高达到10.33 MPa·m^1/2。Si₃N₄陶瓷本身的高硬度与加入的稀土氧化物使得所制备冰刀的硬度与润滑性能得到提高,表面性能优良。     

β-SiC粉体中常见金属杂质的亚临界水热去除工艺

高纯β-SiC粉体作为原料,广泛应用于半导体晶圆、半导体窑具、半导体芯片设备用陶瓷器件等产品。高温高压可以促进水热反应,采用亚临界水热法可去除工业合成β-SiC粉体中的金属杂质。研究不同酸体系下β-SiC粉体中常见金属杂质的去除效果。利用电感耦合等离子原子发射光谱仪(ICP-OES)检测微量元素的含量,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对β-SiC粉体的物相组成和微观结构进行表征。结果表明,对于Cr和Zr去除效果较好的是HCl体系,对于Ca、Fe、Mg和Ti去除效果较好的是HCl+HF+HNO₃体系,对于Al和K去除效果较好的是H₂SO₄+(NH₄)₂SO₄体系。采用HCl体系处理的最佳反应温度为200 ℃,采用HCl+HF+HNO₃体系处理的最佳反应温度是220 ℃,采用H₂SO₄+(NH₄)₂SO₄体系处理的最佳反应温度是200 ℃。其中,H₂SO₄+(NH₄)₂SO₄体系可将β-SiC粉体中常见金属杂质含量降低至最少(杂质总含量为920.31 mg/L),因此该体系为β-SiC粉体除杂的最优方案。     

低温热压制备高硬度、高韧性Si3N4–SiCw–ZrB2陶瓷

通常低温热压烧结的Si₃N₄陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性;而高温热压烧结的Si₃N₄陶瓷具有较低的硬度和较高的断裂韧性。为了获得高硬度、高韧性Si₃N₄陶瓷,添加20%SiC_w（SiC晶须,体积分数）和2.5%ZrB2,在1 500℃低温热压制备了Si₃N₄基陶瓷,开展其相组成、致密度、显微结构和力学性能研究,并与1 800℃高温热压烧结Si₃N₄进行了对比研究。结果表明：SiC_w的引入阻碍了Si₃N₄低温致密化,致密度从97.9%降低到92.9%,Vickers硬度从20.5 GPa降低到16.4 GPa,断裂韧性从2.9 MPa·m^1/2增加到3.4 MPa·m^1/2。同步引入SiC_w和ZrB₂     

羟基化结合硅烷偶联剂改性对光固化Si3N4膏料性能的影响

采用羟基化结合硅烷偶联剂(KH560)对氮化硅(Si₃N₄)粉体进行表面功能化改性,配制出高固含量、高固化深度的Si₃N₄膏料,并基于立体光固化(SL)工艺制备了高强度的Si₃N₄复杂结构件。结果表明:Si₃N₄表面的KH560改善了粉体与树脂的相容性,降低了Si₃N₄膏料的粘度;同时,KH560的环氧基团(—CH(O)CH₂)与环氧树脂(EA)通过化学键等方式相结合,形成了EA核壳结构,降低了树脂与陶瓷颗粒之间的折射率差,从而提高了Si₃N₄膏料的固化深度。表面羟基化处理后Si₃N₄表面吸附了更多的KH560,从而进一步降低了Si₃N₄膏料的粘度,提高了Si₃N₄膏料的固化深度。最终,用羟基化和KH560改性后的Si₃N₄粉体配制出的Si₃N₄膏料固含量达到50%(体积分数),固化深度达到64 μm。烧结后Si₃N₄试样致密度为83%,断裂韧性为(4.38±0.45) MPa·m^1/2,抗弯强度达到(407.95±10.50) MPa。     

分子印迹型g-C3N4电极伏安分析法检测磺胺甲噁唑

采用分子印迹技术与g-C₃N₄材料复合修饰玻碳电极(GCE)，建立了伏安法快速测定磺胺甲噁唑(SMX)的新方法。通过SEM,XRD,FT-IR表征手段对所制备的分子印迹型g-C₃N₄(MIP-g-C₃N₄)电极材料进行表征，并考察了缓冲溶液p H值对电流响应的影响，确定最佳的响应条件。实验结果表明，p H为6时，电流响应最为强烈。另外，采用循环伏安法对比探究磺胺甲噁唑在裸GCE、g-C₃N₄/GCE和分子印迹型g-C₃N₄/GCE电极上的电化学行为，结果表明：分子印迹型g-C₃N₄/GCE电极对磺胺甲噁唑测定的灵敏度显著地提高。该传感器测定SMX的结果具有较宽的线性范围(0.5～103.7μmol/L)和较低的检测限(2.5μmoL/L)，回收率为99.45%～100.20%。     

以酚醛树脂为碳源低温催化反应合成碳化硅粉体

以硅粉和液态酚醛树脂为原料,硝酸镍为催化剂前驱体,采用催化反应的方法制备了碳化硅粉体。研究了反应温度、催化剂用量、保温时间和碳硅摩尔比等对合成碳化硅粉体的影响,采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了产物的物相组成和显微结构。结果表明:无催化剂时,β-SiC的合成条件为1 350℃保温3 h,所合成的β-SiC大部分为颗粒状,仅有极少量晶须生成;当添加0.50%的Ni作催化剂、n(C):n(Si)=1.2:1.0时,1 300℃保温3h即可合成纯相的β-SiC,且制备的试样中有大量β-SiC晶须生成。β-SiC晶须的生长机理主要为固-液-气-固机理。     

高熵硼化物含量对Si3N4陶瓷显微结构与性能的影响

氮化硅（Si₃N₄）陶瓷具有广泛的工业应用潜力,但其硬度和断裂韧性往往难以兼顾,这会限制到 Si₃N₄陶瓷的应用。为了获得兼具高硬度和高韧性的 Si₃N₄陶瓷,以高熵硼化物(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2Cr_0.2Ti_0.2)B₂为添加剂,使用放电等离子烧结法在1 600 ℃制备了 Si₃N₄陶瓷材料。研究了(Hf_0.2Zr_0.2Ta_0.2Cr_0.2Ti_0.2)B₂对 Si₃N₄陶瓷的相组合、致密度、显微组织和力学性能的影响。结果表明：与未添加(Hf_0.2Zr_0.2...     

SiO2微粉加入量对β-SiAlON-SiC材料性能的影响

在保证承烧锂电池三元正极材料匣钵用β-SiAlON-SiC材料抗碱性的前提下,以SiC颗粒和细粉、Si粉、Al粉、α-Al₂O₃微粉等为原料,采用高温氮化法制备β-SiAlON-SiC材料,研究了SiO₂微粉加入量(外加质量分数分别为0、1%、2%、3%)对β-SiAlON-SiC材料的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度、物相组成、抗碱性的影响。结果表明：1)在β-SiAlON-SiC材料中添加SiO₂微粉可以降低其显气孔率,显著提高其常温抗折强度和高温抗折强度;2)添加SiO₂微粉不会影响Si粉和Al粉的氮化效果,但会影响Al₂O₃在Si₃N₄中的固溶度和β-SiAlON的生成量;3)SiO₂微粉的最优添加量为1%(w),所得试样的抗碱性明显优于未添加SiO₂微粉试样的。     

g-C3N4结构调控及其复合体系的研究进展

石墨相碳化氮（g-C₃N₄）因带隙窄、电子结构独特、稳定性高、廉易得等优点成为光催化领域的研究热点。然而,原始氮化碳往往存在比表面积小、光响应范围窄、电子-空穴易复合等缺点。特殊结构 g-C₃N₄具有多级结构,可以调节载流子迁移路径,是显著提高 g-C₃N₄比表面积、改善其电子结构,促进电荷分离的有效手段。本文综述了不同结构和形貌的 g-C₃N₄及其复合体系的研究进展,并对不同形貌 g-C₃N₄的构效关系进行了分析,展望了未来 g-C₃N₄的研究方向和应用前景。     

干熄焦装置应用β-碳化硅砖的节能效果

针对干熄焦装置斜道区莫来石一碳化硅砖使用寿命短的情况,研究开发了β-碳化硅砖,其使用寿命可达6年。经理论计算,应用β-碳化硅砖后的于熄焦节能效率提高约5．5％,1座140t／h的干熄焦装置6年累计增加节约标煤约1．53万t、节水约17．2万t、节约焦粉约30．64t、减排大气污染物约25．7t。     

热处理温度对制备β-SiC结合SiC材料的影响

以绿碳化硅、单质硅和炭黑微粉为原料,以聚乙烯基吡咯烷酮(K90)为结合剂,采用注浆工艺制备碳化硅坯体,然后在埋炭(焦炭)保护气氛中分别于1 000、1 200、1 420和1 510℃保温3 h热处理,主要研究了热处理温度对β-SiC结合SiC材料的致密度、强度、物相组成、显微结构等的影响,并探讨了β-SiC的生成生长机制。结果表明:1 000℃热处理后试样的致密度和强度较低,没有生成β-SiC;1 200和1 420℃热处理后试样的致密度和强度均比1 000℃热处理后试样的大,并且生成了较多β-SiC晶须;1 510℃热处理后试样的致密度和强度均比1 200和1 420℃热处理后试样的小,并且生成的β-SiC晶须的长径比也比1 200和1 420℃热处理后试样的小。