SrO对Si_3N_4–ZrO_2–SrO系统反应合成ZrN的影响

通过引入SrO,利用Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统反应合成ZrN,使得SiO_2–Si_3N_4–ZrO_2–ZrN四元系统形成互易关系,并结合热力学计算,对在N2气氛无压条件下Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统分别在1 500和1 700℃时的反应途径进行了研究,并采用XRD进行物相分析。结果表明:当烧结温度为1 500℃时,Si_3N_4–ZrO_2–SrO系统可生成ZrN+SrSi_2O_2N_2和ZrN+Sr_3SiO_5+SrZrO_3的复合相;当烧结温度提高到1 700℃时,反应产物中与ZrN复合的物相不仅有SrSi_2O_2N_2和Sr_3SiO_5+SrZrO_3,还生成了Sr_2SiO_4+SrZrO_3和Sr7_ZrSi_6O_(21)+SrZrO_3,其中,SrZrO_3为ZrO_2–SrO二元系统反应的结果。在1 500和1 700℃时,Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统中可生成ZrN+X(+SrZrO_3)复合相,且ZrN–X共存关系在扩展的SiO_2–Si_3N_4–SrO–ZrO_2–ZrN五元系统中给出。Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统的数个反应可被用于在较低温度下一步反应制备ZrN复相陶瓷。     

高温氮气气氛下硅–氮化硅–氧氮化硅体系的稳定性

硅粉生坯经过初次氮化制得硅–氮化硅–氧氮化硅体系的试样,分别于1 500和1 600℃氮气气氛下进行重烧实验,研究了高温稳定性。结果表明:在Si_2N_2O(s)与Si(l)两相接触的界面处,两者反应生成Si_3N_4(s)和介稳态SiO(g)。1 500℃重烧时体系氧分压[p(O_2)]处于Si_2N_2O相稳定存在的区间,故1 500℃重烧试样中Si_2N_2O相含量高;1 600℃重烧时体系p(O_2)小于Si_3N_4相能够稳定存在的临界值,Si(l)直接氮化生成Si_3N_4(s),故1 600℃重烧试样中β-Si_3N_4相是主要物相。体系中的SiO(g)与CO(g)反应生成纤维状SiC,由于SiO分压[p(SiO)]与温度T负相关,因此1 500℃重烧试样中SiC相的含量高于1 600℃重烧试样的。试样随炉冷却过程中,部分介稳态SiO(g)会与N2(g)反应生成α-Si_3N_4(s)。     

SiC基陶瓷材料高温相平衡研究——SiC–Si_3N_4–Y_2O_3系统相关系

通过在1680℃热压烧结,氮和氩2种气氛下制备了SiC–Si3N4–Y2O3陶瓷材料样品,并采用X射线衍射仪分析了样品的相组成。结果表明:在SiC–Si3N4–Y2O3样品的系统中,除了SiC和Si3N4共存外,还生成了Si3N4·Y2O3(M),Si2N2O·Y2O3(K)和Si2N2O·2Y2O3(J)相。SiC和Si3N4都分别同这3相共存。Si2N2O组分的引入使系统扩大成为SiC–Si3N4–Si2N2O–Y2O3四元系。在此四元系统中分别确定了3个相容性四面体,即,SiC–M–K–J,SiC–M–J–Y2O3,SiC–Si3N4–M–K(N2气氛)或SiC–Si3N4–M–J(Ar气氛)。随着样品中配置粉料的氧含量和高温氛围氧分压的影响,SiC和Si3N4将依含氧量由低到高的顺序M,K,J,Y2O3,分别有选择性地与三相处于平衡。提出了SiC–Si3N4–Y2O3三元系统和SiC–Si3N4–Si2N2O–Y2O3四元系统亚固相图。     

ZrN–Si_3N_4–Y_2O_3复合材料的相组成（英文）

采用不同组分的Zr N、Si_3N_4和Y_2O_3混合粉末,在1 750℃高温固相反应合成Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3复合材料,借助于X射线衍射仪表征6种按不同比例混合样品的物相组成。结果表明:在Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3三元系统中,Zr N分别与Si_3N_4、Y_2O_3和Y2Si3O3N4(M相,黄长石结构)共存;M相为Si_3N_4和Y_2O_3在摩尔比为1:1时的产物,Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3三元系统扩展为Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3–Si O2四元系统,在该四元系统中,Zr N分别与M相、Y4Si2N2O7(J相,单斜Y4Al2O9结构)及Y5(Si O4)3N(H相,磷灰石结构)3种含钇硅酸盐及Si_3N_4、Y_2O_3共存。其中,J相和H相分别是Si2N2O(Si_3N_4和Si O2在摩尔比为1:1时的产物)和Y_2O_3在摩尔比分别为2:1和9:5时的产物。用Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3体系相图可解析制备Zr N陶瓷和Zr N/Si_3N_4复合陶瓷的相组成。     

SiC基陶瓷高温相平衡——SiC-Si3N4-Gd203系统

通过热压烧结在1700℃,分别于Ar和N2气氛下制备了一系列SiC—Si3N4-Gd2O3陶瓷样品,采用X射线衍射技术分析了样品的相组成,确定了相关系。结果表明：在SiC-Si3N4-Gd2O3的二元子系统和三元系统中,除了二元化合物Si3N4-Gd2O3（M相）存在,尚有含氮稀土硅酸盐化合物SiEN20．2Gd2O3（J相）和Gd10（Si04）6N2（H相）生成。而这些化合物的生成主要是由于SiC、Si3N4粉料表面的杂质氧（以SiO2形式存在）参与了反应,由此引入的SiO2这一组分,使原三元系统扩大成为SiC-Si3N4-SiO2Gd2O3四元系统。通过对产物相组成的分析,确定了在此四元系统中存在8个相容性四面体。基于上述结果,提出了1700℃的SiC-Si3N4-Gd2O3准三元亚固相图、Si3N4-Gd2O3-SiO2三元亚固相图以及SiC-Si3N4-SiO2-Gd2O3四元亚固相图。     

燃烧合成制备Si_3N_4–TiN–SiC陶瓷的显微结构

以TiSi_2为反应原料,SiC作稀释剂,燃烧合成制备Si_3N_4–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TiSi_2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Si_3N_4,其余为TiN和SiC。在燃烧过程中,TiSi_2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TiSi_2互溶。生成的Si与氮气发生反应,形成Si_3N_4晶核,并不断长大。燃烧合成反应过程中,Si_3N_4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。     

Si_3N_4-Al_2O_3-SiO_2体系高温还原条件下的物相变化

以闪速燃烧合成的Si3N4(w(Si3N4)≥95%,粒度≤0.044 mm)、α-Al2O3微粉(w(Al2O3)≥99%,d50=1.2μm)及SiO2微粉(w(SiO2)≥92%,粒度≤μm)为原料,按照m(Si3N4):m(Al2O3):m(SiO2)=4:4:2比例混合,液压成型为φ20 mm×20 mm试样在埋炭(不接触焦炭)条件下分别于1 300、1 400、1 500、1 600℃保温6 h处理后进行XRD分析.结果表明:1 300 ℃的新生物相主要为Si2N2O和方石英,SiO2微粉方石英化明显;1 400 ℃的新生物相主要为Si2N2O、方石英和O'-SiAlON;1 500 ℃的新生物相为Si2N2O、方石英、O'-SiAlON、X相及莫来石;与1 500 ℃相比,1 600 ℃的新生物相没有变化,但是Si2N2O、O'-SiAlON、X相及莫来石的生成量增加明显,方石英生成量显著减少.     

多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷及其性能

采用近净尺寸成型制备工艺–氧化烧结结合溶胶浸渍再烧结法,制备了多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷。讨论了制备工艺对材料的成分、微结构和性能的影响规律。研究表明：随着硅溶胶浸渍量的增加,材料的抗弯强度、硬度、断裂韧性、密度和介电常数均增大。分别采用压痕法和单边切口梁法对材料的断裂韧性进行了测定和比较。结果表明：采用压痕法测定断裂韧性时,多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷的增韧机理有裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹桥接以及孔的钝化。采用单边切口梁法测定断裂韧性时,多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷的增韧机理只有裂纹偏转。     

Bi2O3-SiO2系统固相反应研究

利用XRD、DSC研究了Bi2O3-SiO2系统的固相反应.按物质的量比1∶1将Bi2O3与SiO2混合物在一定温度下处理一定时间获得生成产物并探讨了不同反应条件下产物生成规律.结果表明:亚稳化合物Bi2SiO5在固相反应时产生,并随温度及保温时间按一定规律变化.750 ℃保温不同时间所获试样的XRD谱表明随着固相反应时间的延长,反应物Bi2O3的衍射峰减弱,生成物Bi12SiO20衍射峰增强,反应越完全.在固相反应过程中生成的亚稳相Bi2SiO5随着反应时间延长衍射峰减弱.固相反应温度由700 ℃升高至900 ℃过程中,Bi12SiO20逐渐转变为Bi4Si3O12.     

ZrN+AlN+Y2O3复合助烧结剂对Si3 N4陶瓷烧结性能的影响

对比了ZrN+AlN助烧结剂与ZrN+AlN+Y2O3助烧结剂对1800℃、25 MPa下热压烧成Si3N4陶瓷显微结构和力学性能的影响,并着重对ZrN+AlN+Y2O3复合助烧结剂促进Si3N4陶瓷烧结的机理进行了探讨.结果表明加ZrN+AlN+Y2O3助烧结剂能明显促进Si3N4陶瓷的烧结,提高陶瓷强度,其相对密度可达97.84%,常温弯曲强度为601.21 MPa,断裂韧性达8.9 MPa·m1/2;而加ZrN+AlN助烧结剂的Si3N4陶瓷未致密化.     

反应温度和时间对Bi2SiO5合成的影响

亚稳相Bi2SiO5是Bi2O3-SiO2系统最新发现的化合物晶相。利用XRD，DSC研究了反应温度和时间对Bi2SiO5合成的影响。将Bi2O3与SiO2按物质的量比1：1混合，在一定温度下处理一定时间获得生成产物。结果表明：亚稳化合物Bi2SiO3在固相反应时产生，并随温度及保温时间按一定规律变化。固相反应温度由700℃升高至900℃过程中，亚稳态Bi2SiO5逐渐转变为稳定态Bi12SiO2和Bi4Si3O12反应温度对Bi2SiO5的生成起决定性作用。750℃保温不同时间所获试样的XRD谱表明，固相反应时间延长，反应物Bi2O3的衍射峰减弱，稳定相Bi12SiO20衍射峰增强，随着反应的进行，生成物亚稳相Bi2SiO5的衍射峰减弱，反应时间过长，不利于亚稳相Bi2SiO5生成。     

碳热还原杂化前驱体合成SiC–TaC纳米复合粉体

以五氯化钽(TaCl5)、正硅酸乙酯(TEOS)和葡萄糖(C6H12O6H2O)为原料制备了葡萄糖复合凝胶,凝胶经过450℃煅烧得到C–SiO2–Ta2O5杂化前驱体,通过碳热还原前驱体,于1200～1500℃合成了SiC–TaC纳米复合粉体,并用X射线衍射扫描电镜和能谱仪对产物进行表征。结果表明:凝胶中无定型的SiO2和Ta2O5可通过Si—O—Ta键合,均匀分布的Si—O—Ta—C长链使得杂化前驱体内部结合成为牢固的互穿网络结构;TaC于1200℃时得到,而SiC可在1400℃开始合成,反应可在1500℃完成。在不同的钽硅摩尔比下,SiC–TaC纳米复合粉体具有差异性形貌。当钽硅比约为0.02时,SiC与TaC纳米晶粒颗粒分布均匀,同质化明显。随着钽硅比的升高,SiC有从球状转变为纳米线状的趋势。     

ZrSiO4-Al2O3系材料高温反应的研究

借助X衍射仪(XRD)和具有能谱仪(EDAX)的扫描电镜,研究了粉状ZrSiO4和a-Al2O3间生成化学计量成分3Al2O3·2Si02的固态反应.在1 400～1600℃温度区间和0.5～60h的时间内获取了试验数据.结果表明,ZrSiO4和-Al2O3反应形成晶体ZrO2和莫来石(基本为3Al2O3·2SiO2成分)及SiO2-Al2O3非晶相(前驱莫来石).在1 600℃时,反应最快的阶段是ZrSiO4的分解.试验结果表明错英石的分解是一级反应.Al2O3颗粒的溶解和Al扩散到非晶相可能是反应最慢阶段.     

Preparation of ZrN(ZrON)-SiAION Composite Ceramics via a Pressureless Sintering Process

ZrN- SiA lO N composite materials were synthesized at 1 550 ℃ for 6 h via a carbothermal reduction nitridation route using fly ash( ≤74 μm),zircon( ≤44 μm)and active carbon as starting materials. The processed ZrN- SiA lO N composite micropowders were mixed with polyvinyl alcohol as binder to prepare ZrN( ZrO N)-SiA lO N composite ceramics by carbon-embedded pressureless firing at 1 450,1 500 and 1 550 ℃ for 1 h,respectively. Influences of firing temperature on the phase compositions,microstructure and sintering properties of the ceramics were investigated. The results show that:( 1)β-SiA lO N based composite ceramics with different compositions can be prepared by controlling firing temperature,and the main crystalline phases of the specimen fired at1 550 ℃ for 1 h involve ZrN,ZrO N and β-SiA lO N( z =2,Si4Al2O2N6);( 2) ZrN( ZrO N),β-SiA lO N and a Fe- Si based compound can be observed in the microstructures of the specimens fired at different temperatures.ZrN( ZrO N) particles distribute homogeneously in theβ-SiA lO N matrix;( 3) raising firing temperature can increase the shrinkage ratio of the ceramics,and the volume shrinkage ratio increases from 19. 4% to 40. 3% when the firing temperature rises from 1 450 to 1 550 ℃.     

硅灰-氮化硅体系材料高温反应的研究

将硅灰(w(SiO2)=94.5%,平均粒度0.08μm)和氮化硅(粒度≤0.074mm)按1:1质量比混合后成型,在空气中埋炭条件下分别经1300℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃处理3h后水冷,对其显微结构及物相进行了分析。结果表明:在1550℃以上,以硅灰和氮化硅为原料反应生成Si2N2O比较明显,氮化硅颗粒的边角变得圆滑,而且分布在含Si2N2O的连续胶结相中,形成胶结相包裹Si3N4的致密结构;1500℃以下,氮化硅仍然棱角分明,基本上未形成Si2N2O,只是硅灰中的SiO2析晶,析晶比较显著的温度为1300℃。     

氟化钙对常压烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构与性能的影响

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,CaF2–Al2O3–Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的Si3N4/BN复相陶瓷。研究了CaF2添加量对Si3N4/BN复相陶瓷材料力学性能的影响,并通过X射线衍射和场发射扫描电镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微组织。结果表明：随着CaF2添加量增加,制备的Si3N4/BN复相陶瓷材料气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。添加量为2%（质量分数）时,Si3N4/BN复相陶瓷的室温抗弯强度达145.5MPa。添加适量的CaF2可在Si3N4/BN复相陶瓷材料常压烧结过程中较大程度地破坏h-BN的卡片房式结构,将微米级的h-BN颗粒变成纳米级颗粒。     

Influence of Temperature on Microstructure and Mechanical Property of Si-B-O-N Ceramics Fabricated by in-situ Reaction Method

为满足新型透波陶瓷工程应用需要,利用硼酸脱水得到的氧化硼与氮化硅在 1400～1800 ℃原位反应制备 Si–B–O–N 陶瓷。借助 X 射线衍射仪、X 射线光电子能谱仪、Fourier 变换红外光谱分析仪和扫描电子显微镜研究了热处理温度对 Si–B–O–N 陶瓷物相组成、结构及力学性能的影响。结果表明：氧化硼和氮化硅的原位反应在 1600 ℃以上完成,所得产物为氮化硼和掺杂硼、氮元素的石英玻璃,其体积分数分别为 30%和 70%;原位反应结束后,随温度提高,氮化硼生长速率逐渐加快,晶粒尺寸由纳米级逐渐长大为亚微米级,非晶相中硼、氮元素含量逐渐降低;受氮化硼纳米晶强化作用以及非晶相结构影响,在 1700 ℃获得的 Si–B–O–N 陶瓷力学性能较好。     

配碳量对锆英石和氧化铝碳热还原氮化合成ZrN-SiAlON的影响

为了降低合成成本,以低能耗、低成本的天然锆英石、工业氧化铝和焦炭为原料,采用碳热还原氮化法合成了ZrN-SiAlON复相材料。根据反应方程式3Al2O3+6ZrSiO4+27C+8N 26ZrN+2Si3Al3O3N5+27CO设计锆英石和工业氧化铝的原料配比,改变还原剂焦炭的配入质量分数(分别为理论用量、过量5%、过量10%、过量20%),经球磨混合、成型、干燥后,在流动氮气中分别于1 500、1 550、1 600℃保温4 h合成,自然冷却后分析合成产物的相组成和显微结构。结果表明:1)在合成温度为1 500℃时,配碳量的增加有助于ZrN的生成;2)在合成温度为1 550℃时,配炭量过量20%的试样中有15R型的多型体SiAlON(即SiAl4O2N4)生成;3)在合成温度为1 600℃时,配碳量为理论量和过量5%的试样中的多型体SiAlON为15R型,而配碳过量10%和20%的试样中的多型体SiAlON则主要为12H型(即SiAl5O2N5)。     

Effects of carbon coke additions on synthesis of ZrN-SiAION from zircon and alumina by carbothermal reduction nitridation process

为了降低合成成本,以低能耗、低成本的天然锆英石、工业氧化铝和焦炭为原料,采用碳热还原氮化法合成了ZrN-SiAION复相材料.根据反应方程式3Al2O3+ 6ZrSiO4+ 27C+ 8N2=6ZrN+ 2Si3Al3O3N5+27CO设计锆英石和工业氧化铝的原料配比,改变还原剂焦炭的配入质量分数(分别为理论用量、过量5％、过量10％、过量20％),经球磨混合、成型、干燥后,在流动氮气中分别于1 500、1 550、1 600℃保温4h合成,自然冷却后分析合成产物的相组成和显微结构.结果表明:1)在合成温度为1 500℃时,配碳量的增加有助于ZrN的生成;2)在合成温度为1 550℃时,配炭量过量20％的试样中有15R型的多型体SiAlON(即SiAl4 O2 N4)生成;3)在合成温度为1600℃时,配碳量为理论量和过量5％的试样中的多型体SiAlON为15R型,而配碳过量10％和20％的试样中的多型体SiAlON则主要为12H型(即SiAl5O2N5).     

Synthesis and Luminescence Properties of Red Long Afterglow Phosphor Y2O2S：Eu3＋,Mg2＋,Ti4＋by Sol-Gel Process

以金属硝酸盐和钛酸丁酯为原料,乙酰丙酮为螯合剂,采用溶胶–凝胶法制备了 Y2O2S：Eu3＋,Mg2＋,Ti4＋红色长余辉发光粉体。采用 X 射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对不同温度合成的样品性能进行测试与表征。结果表明：干凝胶在 600 ℃保温 2 h 生成了立方相的前驱体Y2O3：Eu3＋,Mg2＋,Ti4＋。前驱体在 1050～1150 ℃硫化后的产物为 Y2O3与 Y2O2S 的混合相,在 1 200 ℃时,硫化生成纯相的 Y2O2S：Eu3＋,Mg2＋,Ti4＋,产物平均粒径约为 150nm,1300 ℃时再次出现 Y2O3相。与高温固相法相比,溶胶–凝胶法制备的样品主激发峰出现蓝移,主发射峰位于 616nm 和 626nm处,对应于 Eu3＋的5D0→7F2跃迁;硫化温度为 1200 ℃时,样品的余辉时间为 40min。