燃烧法合成高纯β-SiC超细粉的工艺参数

以硅粉、碳黑、活性炭为原料,以聚四氟乙烯为添加剂,在氮气中分别用直接燃烧合成和预热燃烧合成工艺制备了高纯β-SiC微粉.用扫描电镜测得产物呈等轴球形,平均粒径为100 nm.添加剂聚四氟乙烯的质量分数(下同)为5%以上时,均可以直接点燃合成高纯度亚微米级的β-SiC,2%的添加剂就可以使理论预热温度由1 023 K降到673 K,降低了成本.另外,以活性炭代替碳黑为原料,对比了硅和碳的摩尔比为1:1和1:1.25的2个配方对产物物相的影响,说明用足够纯净的活性炭为原料代替碳黑制备β-SiC是可行的.将预热法、氮气助燃法以及化学活化法成功的进行了结合,布料方式由以往的压块改为直接粉状布料,且在60L燃烧合成反应器中单炉装料1 kg条件下,合成了高纯度的户sic粉体,适应了中试生产的需要.     

铁矿石尾矿实验室合成碳化硅粉末

在热力学分析的基础上,以铁尾矿为主要原料,采用碳热还原法合成了SiC粉末.确定了合成过程的最佳工艺参数:配碳量(C和SiO2的摩尔比)为5,反应温度为1 480℃,恒温时间为8 h.采用X射线衍射和扫描电镜研究了合成产物的相组成和显微结构.结果表明:产物主晶相为β-SiC,杂质相为Fe5Si3,其中,SiC多以片状、柱状、球状形式存在.     

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。     

β-SiC微粉中杂质碳的去除工艺研究

借助激光粒度仪、综合热分析仪、X射线衍射仪和化学分析手段,研究了无限微热源法合成的β-SiC微粉中杂质碳的粒度组成和氧化特性,以及主成分β-SiC的氧化特性,得到了空气氧化法去除β-SiC微粉中杂质碳的最佳工艺条件为:氧化温度800～900 ℃,氧化持续时间为1 h.     

反应料导电发热合成SiC微粉的新技术研究

提出并设计了一种新型的合成SiC微粉的方法———利用反应料导电产生焦耳热供反应顺利进行 ,并实验合成了微米级的SiC微粉 .用SEM ,XRD和粒度测试仪等手段研究了该方法合成产物的微观形态和特性 .反应区中心部位发育较充分的晶体粒径为 9～ 11μm ,反应区外沿的粒径 <5 .0 μm ,均比Acheson工艺合成后经过粉碎加工的SiC微粉或专门用稻壳合成的SiC微粉更细小 .XRD测试表明其晶相主要是β-SiC,α -SiC含量非常少 .分析了反应料发热法的导电发热的机理及反应过程 ,并计算了反应过程中反应区的电阻率 .反应料发热法与高温自蔓延反应及传统的Acheson技术都有重要区别 ,可以用普通工业原料低成本合成具有较高性能和附加值的SiC产品     

关于气体裂化法生长β—碳化硅晶体

本文考虑了前人的研究条件和结果之后在类似的碳片炉内进行了裂化法合成碳化硅的实验,反应试剂为SiCl_4、CH_3SiCl_3、(CH_3)_3SiCl或SiCl_4及(CH_3)_3SiCl与甲苯的混合蒸气,气氛为H_2、Ar或N_2,温度为1400～2200℃。岩相法观察表明,在实验温度范围内制备的碳化硅晶粒内都包含α-SiC晶体的片状骨架,它们往往沿C画与β-SiC相间互生:α-SiC晶架的C面孪晶角为37.3°和70.2°;β-SiC则形成基体物质。 化学反应的自由能变化与温度的依赖关系的计算表明,裂化法的化学作用可以概括为以下三类:(1)SiCl_4的分解反应;(2)碳氢化合物的分解或简单碳氢化合物的介成反应;(3)各种可能合成碳化硅的反应。此外,也讨论了氯化硅烷反应剂系统的裂化反应。 根据实验结果,提出了裂化法生长β-SiC单晶的晶型控制问题,并认为解决这;一问题的重要性应不亚于晶体的大小与纯度。     

微波烧结制备碳化硅粉体的研究

以乙炔炭黑和硅粉为原料,采用微波烧结技术合成制备了粒度不同的碳化硅粉体.研究了反应温度和保温时间对碳化硅粉体产率和粒度的影响.结果表明:在900℃反应30 min,所得产物的主要物相为β-SiC和仍残余少量金属Si.随着反应温度的升高,产物中SiC的含量不断增加,残余金属Si的含量则明显下降.当反应温度升高至1100℃以上时,则得到单相的β-SiC.在1200℃下反应5min,产物中主要物相为SiC,存在着少量未反应的金属Si,当反应时间延长到15 min时,即得到单相的β-SiC.     

燃烧合成制备高纯β-SiC 超细粉体

以碳粉、硅粉为原料,以聚四氟乙烯为添加剂,在氮气气氛下采用燃烧合成工艺制备出了高纯β相碳化硅微粉.扫描电镜观察粉体颗粒平均粒径约为 249nm,呈等轴球形.添加剂含量在 5% 以上时,均可以得到单相β-SiC;随着添加剂含量提高,产物中剩余碳增多,粉体颗粒有长大趋势;改变氮气压力对产物结构没有显著影响,但可以提高燃烧速率.     

微波合成片状β-SiC的工艺研究

片状β-SiC可通过使用石墨纸(C)作为碳源、正硅酸乙酯水解制得的SiO_2溶胶-凝胶作为硅源、经微波加热合成。本文根据加热过程中微波炉加热温度、输入功率和反射功率的变化曲线,探讨了微波合成片状β-SiC过程中微波加热热效应。分别选择1100°C、1200°C、1300°C、1400°C和1500°C五个微波烧结温度,研究了相同保温时间下不同加热温度对微波合成片状β-SiC的影响。在烧结温度1300°C下,选取保温时间分别为0 min、10 min、30 min和60 min,探索了同一合成温度下不同保温时间对微波合成片状β-SiC的影响。采用XRD,SEM技术对样品进行了表征。结果发现,烧结温度为1100°C时,产物中合成了片状β-SiC;当烧结温度为1400°C时,片状β-SiC转化为β-SiC颗粒。过高的烧结温度和过长的保温时间都将导致β-SiC的氧化。在1300°C保温30 min条件下得到的片状β-SiC生长最好。     

杂质对β-SiC非线性导电特性及防晕层起晕电压影响的研究

研究了不同杂质及其含量对β-SiC非线性导电特性的影响,并提出了单独利用β-SiC作为电机线圈防电晕材料的新方法。β-SiC微粉合成过程中,向其中掺杂V、Al等金属离子,可有效调控β-SiC的非线性导电特性;β-SiC微粉表面吸附的Fe、Al、Mg、Ca、Ti、V等金属氧化物杂质,随其含量的提高,β-SiC电阻率下降;随表面胶态SiO2含量的提高,β-SiC微粉电阻率提高,非线性系数增大。通过调节β-SiC微粉表面SiO2含量,可有效调节其防晕涂层表面电阻率ρs和起晕电压,随着β-SiC微粉表面SiO2含量增加,防晕涂层表面电阻率ρs和起晕电压也随之提高。β-SiC完全可单独用作电机线圈的防电晕材料。     

碳化硼微粉的制备及其性能表征

为对比不同品质的碳化硼微粉在纯度、晶型、形貌和硬度上的差异,先采用Fact Sage软件对碳热还原法制备碳化硼的反应过程进行热力学计算理论合成温度;再以硼酸和石油焦为原料,采用电弧炉碳热还原法制备了碳化硼结晶块,并根据其品质的不同分为一级品和二级品;然后采用化学分析、XRD、SEM和显微硬度等分析其纯度、硼碳比、晶型、物相结构、表观形貌和显微硬度。研究表明:碳热还原法制备碳化硼的理论合成温度应为1 600~1 800℃;一级品碳化硼微粉的纯度高(B4C质量分数达98.35%),n(B)n(C)接近B4C化学计量比4,结晶好,致密度高,硬度高。     

溶胶-凝胶-碳热还原法制备富碳β-SiC纳米粉体

采用溶胶-凝胶-碳热还原法,以正硅酸乙酯和蔗糖为原料,在0.1 MPaAr气气氛中碳热还原合成β-SiC纳米粉体。通过X射线衍射、Raman光谱、扫描电镜和透射电镜对β-SiC纳米粉体的物相、微观结构及形貌进行了表征。结果表明:当合成温度为1 600℃时,已经开始生成β-SiC相,随着温度升高至1 700℃,完全生成了含有C_(Si)缺陷的富碳β-SiC相。β-SiC纳米粉体表现为纳米级的团聚颗粒,平均粒径为40 nm,并生成晶须。对β-SiC纳米粉体的碳热还原反应机理进行了分析,结果表明:溶胶-凝胶法明显降低了生成气态SiO控制反应的温度。     

β-SiC微粉纯化试验研究

为避免碳化硅微粉中的杂质对其产品质量和性能产生较大影响,现对β-SiC原料中含量较多的几种杂质进行去除试验研究.通过静态煅烧和物理浮选结合法分离游离碳,采用酸碱处理法去除原料中含有的游离硅、二氧化硅、铁单质及其氧化物,借助化学分析法、激光粒度仪和扫面电镜对纯化后的碳化硅样品进行分析.通过考察反应温度,酸碱浓度以及加热时间等条件对其除杂效果的影响,最终得到β-SiC微粉最佳提纯工艺.     

溶胶-凝皎-碳热还原法制备富碳β-SiC纳米粉体

采用溶胶-凝胶-碳热还原法,以正硅酸乙酯和蔗糖为原料,在0.1 MPaAr气气氛中碳熟还原合成β-SiC纳米粉体.通过x射线衍射,Raman光谱、扫描电镜和透射电镜对β-SiC纳米粉体的物相、微观结构及形貌进行了表征.结果表明:当合成温度为1 600℃时,已经开始生成β-SiC相,随着温度升高至1 700℃,完全生成了含有Csi缺陷的富碳β-Sic相.β-SiC纳米粉体表现为纳米级的团聚颗粒,平均粒径为40nm,并生成晶须.对β-SiC纳米粉体的碳热还原反应机理进行了分析,结果表明:溶胶-凝胶法明显降低了生成气态SiO控制反应的温度.     

采用煤矸石基β-SiAlON制备β-SiAlON-SiC复合材料

首先,以煤矸石基β-SiAlON粉(以煤矸石和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法合成)、硅粉、铝粉和α-Al2O3微粉为原料,采用二次氮化法制备了β-SiAlON材料,研究了原料配比、合成温度以及煤矸石基β-SiAlON粉纯度对β-SiAlON材料性能的影响。然后,选择二次氮化制备β-SiAlON材料的合适工艺参数,分别以不同量(质量分数分别为30%、50%和70%)SiC取代煤矸石基β-SiAlON粉,制备了不同复合比例的β-SiAlON-SiC材料。结果表明:(1)在二次氮化制备β-SiAlON材料时,增加Si粉、Al粉和α-Al2O3微粉加入量以及提高合成温度均有利于提高β-SiAlON的常温抗折强度和体积密度,降低其显气孔率;采用未除杂的煤矸石基β-SiAlON粉有利于β-SiAlON的强度。(2)在制备β-SiAlON-SiC复合材料时,SiC的最佳加入量(质量分数)为50%。     

采用煤矸石为原料合成β-SiAlON晶须及其显微结构研究

以煤矸石和碳黑为主要原料,在1800 K下碳热还原氮化合成了纯度较高、含有大量晶须的β-SiAlON材料.FESEM照片表明β-SiAlON晶须多为细长柱状,直径120～220 nm,长度1.5～5 μm,晶须生长机制由VLS(vapor-liquid-solid)机制和VS(vapor-solid)机制组成.     

低温燃烧合成SrZr4(PO4)6纳米粉

以水合硝酸盐为氧化剂、尿素为燃料、硝酸铵为助燃剂,根据化学计算原料的配比,进行SrZr4(PO4)6纳米粉的低温燃烧合成.考察了不同点火温度、不同含水量和不同燃料配比的影响.对合成产物进行了X射线衍射、红外光谱物相分析,借助TEM对合成产物进行了形貌观察,结果发现,点火温度较高时,燃烧产物颗粒较大,非晶态物质减少;与其它合成方法相比,低温燃烧合成可快速得到晶态微粉:细小的分散开的纳米级颗粒(合成微粉中小颗粒尺寸可达20～30nm)和较粗大的颗粒.     

制备重结晶碳化硅用α-SiC微粉的表面改性

将聚醚改性聚二甲基硅烷(PMPDMS)与α-SiC微粉按一定比例充分混合,于120℃烘干12 h后碾碎,放入刚玉坩埚内,在N2保护下以一定的加热制度进行热处理,然后分析其相组成、比表面积、烧结块密度及其显微结构的变化;同时以B4C微粉取代α-SiC微粉做同样处理后进行XRD和SEM分析,以确定包覆在B4C微粉表面的PMPDMS在热处理过程中是否生成了β-SiC.结果表明:1)包覆在B4C微粉表面的PMPDMS在试验确定的热处理条件下可以生成β-SiC;2)表面改性后α-SiC微粉相组成发生一定改变,比表面积增大,用其制成的烧结块的密度增大,显微结构更加致密,表明其烧结活性增强.     

用叶蜡石与金红石碳热还原–氮化合成Sialon–Ti(N,C)复合材料

以叶蜡石、金红石和焦炭粉为原料,通过碳热还原–氮化反应合成sialon–Ti(N,C)复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对产物的物相组成、显微结构和微区成分进行了分析,研究了合成温度和配炭量对产物物相组成和显微形貌的影响。结果表明:当叶蜡石与金红石质量比为4:1、配炭量过量50%、合成温度为1 500℃时,合成的sialon–Ti(N,C)复合材料中TiN0.7C0.3晶粒尺寸约为200nm,产物为β-sialon、15R-sialon、TiN0.7C0.3、刚玉和少量β-SiC;当配炭量过量50%,合成温度从1400℃升高到1550℃,产物中β-sialon和TiN0.7C0.3含量逐渐增加。相同合成温度下,配炭量对产物物相组成有重要影响,配炭量过量50%有利于sialon–Ti(N,C)复合材料的合成;当配炭量较少时,产物中出现O’-sialon和Si2N2O;当配炭量过多时,β-sialon向15R-sialon转变。     

溶胶-凝胶和微波碳热还原氮化法合成β-sialon超细粉

以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS),硝酸铝,蔗糖等为原料,通过溶胶-凝胶和微波碳热还原氮化法合成了β-sialon超细粉.研究了铝碳摩尔比、温度、埋粉条件、晶种、添加剂等工艺条件对合成β-sialon超细粉的影响.结果表明:铝碳摩尔比显著影响β-sialon超细粉的合成,过量碳有利于形成β-sialon超细粉.1573～1623 K为最佳合成温度.埋粉不利于β-sialon超细粉的合成.晶种对β-sialon超细粉的合成没有显著影响,添加剂Fe2O3对反应有明显促进作用.用场发射扫描式电子显微镜观察产物的显微形貌,结果表明:合成β-sialon超细粉的粒度大约为100nm.