SPS原位反应制备TiSi2基复合材料的微观结构和性能研究

以工业用硅粉、碳粉和碳化钛粉为原料,利用放电等离子烧结技术原位反应制备了TiSi2-SiC两相复合材料和TiSi2-SiC-Ti3SiC2三相复合材料.利用XRD、FESEM和TEM对复合材料的相组成和微观结构进行了研究.结果表明,基体相TiSi2的晶粒尺寸在1um以上,反应生成的SiC颗粒尺度在200～300nm,且均匀弥散分布在TiSi2基体中.TiSi2-SiC材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度随着SiC含量的增加都有一定程度的提高.Ti3SiC2三元相的引入大大提高了TiSi2-SiC-Ti3SiC2复合材料的力学性能. SiC和Ti2SiC2的引入对TiSi2-SiC复合材料在高温下的电导率和热导率影响较小.     

热压法制备B4C基复合材料的反应机理

以B4C、Si3N4、α-SiC及TiC为原料,Al2O3 Y2O3为烧结助剂,利用反应热压法制备了性能良好的B4C基复合材料.通过XRD,DSC以及EDAX分析可知:烧结后物相组成发生了变化,最终物相组成为B4C、α-SiC、BN以及TiB2,其中B4C和α-SiC是烧结后试样的主晶相.对本试验的多元体系,根据热力学原理,判断了可能出现的反应热力学行为,确定出了适合本体系的反应方程式,并分析了反应机理.     

Si3N4-SiC—TiN陶瓷反烧结制备工艺研究

以TiSi2、SiC和Mo粉为原料,在毛坯孔隙率、SiC含量及Mo含量不同的情况下进行反应烧结制备Si3N。基陶瓷。结果表明：随着毛坯致密度的增加,复合陶瓷的致密度先增加后减小,而TiSi2的转化率却一直下降;随着SiC含量的增加,复合陶瓷的致密度先增加后减小,致密度在SiC含量为40％时达到最大,而TiSi。的转化率随SiC含量增加而增加;此外,随着Mo含量的增加,复合陶瓷的致密度也略有增加;氮化硅相主要以针状晶粒、等轴颗粒、棒状晶粒和晶须存在,而在Si3N4-TiN—MoSi2--SiC复合陶瓷中出现弯曲的丝状Si3N4相。     

无压烧结制备Ti_3SiC_2-SiC复合材料块体EI北大核心

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,通过无压烧结法制备了Ti3SiC2-SiC块体复合材料。利用X射线衍射仪对制得的样品进行相分析,并运用扫描电镜分析材料的微观结构,用差热分析仪测定反应温度。结果表明,Ti∶Si∶C=0.42∶0.23∶0.35时,可制得纯度较高的Ti3SiC2-SiC复合材料块体,只含有极少量的TiSi2杂质。Ti3SiC2晶粒无特定的生长方向,平均长度在10μm以下,厚度小于5μm。略高的Si含量有利于获得纯度较高的Ti3SiC2-SiC复合材料。     

常压化学气相沉积法在玻璃上制备TiSi2薄膜的研究

高导电性TiSi2薄膜对低频电磁波有高反射率.在玻璃基片上成功制备TiSi2薄膜有望开发形成一种新型低辐射镀膜玻璃.本文结合工业在线和大面积生产的特点,以常压化学气相沉积法研究了TiSi2在玻璃基板上生长、制备及其与性能间的关系.研究发现:反应在温度低于680℃时,为反应控制;在高于680℃时,为传质控制.在700℃,Si/Ti摩尔比为3时,生成的TiSi2为低电阻的正交面心晶型(C54)TiSi2.Ti5Si3相和Si相的存在,对薄膜电阻的降低不利.TiSi2晶相含量越多,结晶越好,则电阻越小.     

Ti/Si(100)体系界面扩散反应动力学研究

采用移动边界条件下扩散问题的处理方法，综合界面反应和扩散两个过程对界面硅化物形成的影响，建立起Ti／Si（100）界面扩散反应动力学理论模型，并拟合快速热退火处理后试样界面Auger深度分析谱，得到Ti，Si在相应界质中扩散系数和表现反应活化能。研究结果表明，Ti／Si体系界面TiSi2生成经历了一个由反应动力学控制到扩散控制的过渡。Si从其晶格中解离并扩散到Ti／TiSi2界面是制约扩散过程的关键因素。     

基于工业废料的Si/TiN/TiSi2多相复合锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能

Si负极材料理论容量高,但其电子电导率低和脱嵌锂过程体积变化大易粉化,使其循环稳定性和倍率性能差以及高性能硅基锂离子电池负极材料成本高,这均妨碍了其大规模产业化应用.本研究提出以太阳能电池硅片切割废料Si粉和TiN粉为原材料,采用低成本的活性气体机械球磨法制备了一种高性能的Si/TiN/TiSi2多相复合负极储锂材料.研究发现,Si在H2气氛球磨过程中与部分TiN发生反应,原位生成了纳米尺度的TiSi2,TiN和新形成的TiSi2弥散于亚微米尺度的Si基体中.Si/TiN/TiSi2复合材料的电化学性能与TiN的添加量紧密相关.其中,物质的量比Si/0.2TiN的体系具有最佳的电化学性能,在300 mA·g-1电流密度下,其首次可逆容量为2394 mA·h·g-1,首次库伦效率达75.8％,经过200次循环后,容量仍保持1295 mA·h·g-1,保持率高达54％.在2.0 A·g-1电流密度下的可逆容量达到609 mA·h·g-1.机理分析表明:高导电的惰性相TiSi2和TiN弥散在Si基体中不仅有利于电极材料在充放电循环过程中的电子传输,且有效缓冲了Si在嵌脱锂过程的巨大体积变化.这是TiN添加改善硅基复合负极材料电化学性能的主要原因.     

微波加热催化反应低温制备β-SiC粉体

以硅粉和酚醛树脂为原料, 硝酸镍为催化剂前驱体, 采用微波加热催化反应法, 在流通氩气气氛中1150℃/0.5 h反应后合成了β-SiC粉体。研究了反应温度、催化剂用量和保温时间等对合成β-SiC的影响。采用XRD、SEM和TEM对产物的物相组成及显微结构进行了表征。结果表明: 微波加热条件下, 无催化剂存在时, β-SiC的完全合成温度为1250℃; 而添加1.0wt%的Ni作催化剂时, 1150℃/0.5 h反应后即可合成纯相的β-SiC。所合成的试样中都存在着颗粒状和晶须状两种SiC, 加入催化剂后会使试样中β-SiC晶须的长径比变大。密度泛函理论(DFT)计算结果表明, Ni-Si合金纳米颗粒的形成使Si原子之间的键长拉长, 弱化了Si原子之间的结合强度, 进而促进了Si粉在低温下的碳化反应。     

磁约束电感耦合等离子体增强反应溅射沉积nc-TiN/a-Si3N4纳米复合薄膜

介绍一种新型磁束缚电感耦合等离子体增强的物理化学气相沉积复合系统，并用该系统通过反应磁控溅射TiSi合金靶，在氩气和氮气等离子体作用下，在单晶硅衬底上制备了nc—TiN／a—Si3N4纳米复合薄膜．扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子谱仪和高分辨率透射电子显微镜的分析和观察结果清晰地表明该薄膜是具有纳米结构的复合薄膜，主要由镶嵌在非晶态Si3N4基体中的TiN纳米晶粒组成，TiN晶粒的尺寸约为3nm。     

原位合成SiC-BN复合陶瓷设计与热力学研究

采用原位合成的方法设计并制备了SiC-BN复合陶瓷.通过热力学计算,选择了制备SiC-BN复合陶瓷的反应方程式,并通过进一步的计算,选择合适的烧结工艺保证了反应方程式Si3N4 B4C 2C=3SiC 4BN不会受到副反应的影响.通过实验验证此反应在1 700℃能够反应完成,生成β-SiC和h-BN.     

Interaction of Si3N4 with titanium at elevated temperatures

In relation to the joining of silicon nitride ceramics to metal, the reaction products and the reaction mechanism between Si3N4 and titanium have been investigated under a nitrogen or an argon atmosphere at temperatures of 823–1573 K. Using Si3N4/titanium powder mixtures, reaction rates were determined by thermogravimetric (TG) analysis, and reaction products were examined by X-ray diffraction. At higher temperatures and on prolonged heating, reaction products were changed in the following orders: TiN2, TiN2+TiN, TiN+TiSi2+Si, TiN+Si and TiN (nitrogen atmosphere) and TiN2+Ti5Si5, TiN2+TiN+Ti5Si3 and TiN+TiSi2+Si (argon). By relating these results to TG measurements, a full understanding of the reaction mechanism between Si3N4 and titanium was acquired. This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.     

熔融渗透工艺制备SiC-TiSi2复相陶瓷的反应机理

熔融Si渗透过程伴随着复杂的化学反应及多组分扩散,对该过程进行研究有助于更好地理解熔渗反应机理。本工作采用熔融渗透工艺制备SiC-TiSi2复相陶瓷,在生成SiC基体的同时原位生成TiSi2。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)和微区X射线衍射(micro-beam XRD)分别对熔融硅区域、Si/SiC界面以及SiC基体的微观结构和相组成进行表征和分析,研究了熔渗工艺制备SiC-TiSi2的反应机理。结果表明:高温下液Si渗入C-TiC预制体,发生化学反应生成SiC、TiSi2以及少量副产物Ti5Si3,其中Ti5Si3主要集中于Si/SiC界面处。随着反应进行,液Si与TiSi2形成液态Ti-Si共晶。该液态共晶通过流动扩散在Si区域中析出TiSi2。而预制体中的少量固态C在液Si中溶解、扩散,并在Si区域生成均匀分布的孤立SiC颗粒。     

Ti/SiO_2界面反应的研究

运用俄歇深度剖析和俄歇化学效应研究了Ti／SiO2的界面还原反应。结果表明，在薄膜样品的制备过程中，金属Ti可以和SiO2发生界面还原反应，形成TiSi和TiO2物种。薄膜样品在RTA处理时，Ti和SiO2的界面反应大幅度地增加，尤其是当RTA温度高于700℃时，界面反应增加得更快。700℃温度可能是Ti和SiO2界面反应的活化温度。随着反应时间的增加，界面反应也相应增加。当Ti层的厚度增加时，也有利于Ti和SiO2的界面反应。     

Influence of substrates on the formation of the TiSi nanowire by atmosphere pressure chemical vapor deposition

TiSi nanowires were deposited on both Si(111) and glass substrates by using SiH4, TiCl4 and N2 as the Si, Ti precursors and diluted gas respectively through atmosphere pressure chemical vapor deposition (APCVD) method. Effects of the substrates on formation of the nanowires were investigated. The results show that the nanowires can be formed on both Si(111) and glass substrates at ratio of SiH4/TiCl4 of 4. However, the quantities of the TiSi nanowires that formed with glass substrate are less than that with Si(111) substrate. The nanowires formed with glass substrate has length of 2-3 microm and diameters of 15-25 nm while that is 4-5 microm and 25-35 nm respectively with Si(111) substrate. Great quantities of the titanium silicide nanowires with relative higher contents of the C54 TiSi2 crystalline phase underneath can be obtained through improving the deposition conditions.     

微波热处理在钛的硅化工艺中的应用

采用微波等离子体退火方法使溅射的金属Ti膜与Si(111)衬底发生固相反应,直接生成低阻态的金属硅化物薄膜,XRD检测显示最终生成的C54相TiSi2在Si(111)衬底上有明显的织构,证明了微波等离子体退火应用于钛的硅化工艺中的可行性.     

The nanostructured phase transition of superhard Ti-Si-C-N coatings

Ti-Si-C-N coatings with different Si contents were synthesized by means of pulsed direct current plasma-enhanced chemical vapor deposition using a TiCl(4), SiCl(4), CH(4), N(2), H(2) and Ar gas mixture. A complex phase transition has been identified which is strongly controlled by the silicon content in the coatings. Transmission electron microscopy (TEM) and x-ray diffraction (XRD) results indicate that increasing Si content leads to a phase transition from a solid solution (Ti, Si)(C, N) to a dual-phase Ti?(C,N)+TiSi(2) structure, and then to a two-phase Ti?(C,N)+SiC structure, and that the changes in grain size and lattice parameter coincide with the phase transition. The Ti-Si-C-N coatings with high Si contents (≥4.3?at.%) possess a superhigh hardness (43-52?GPa) due to grain refinement/grain boundary hardening and compressive stress/dispersion hardening of the hard, nanosized crystalline TiSi(2) or SiC dispersed in the matrix.     

熔融阶梯缩聚法合成聚乳酸

采用熔融缩聚法合成聚乳酸,探讨了催化剂、反应温度、阶梯控温对聚乳酸的影响,结果表明,阶梯控温的方法可以极大提高聚乳酸的产率和分子量,最佳反应条件为:以0.3%(质量分数)的对甲苯磺酸和0.4%(质量分数)的氯化亚锡为催化剂,先在160℃反应9 h,再于180℃反应12 h。     

多官能团环氧树脂体系的固化反应

采用非等温差示扫描量热（DSC）对多官能团环氧树脂体系固化反应进行了研究,确定了环氧树脂所用固化剂为甲基纳迪克酸酐（MNA）。对AG-70/MNA/2-乙基-4-甲基咪唑（EMI-2,4）环氧树脂体系在不同升温速率下的固化反应进行测试,根据DSC曲线,用温度-升温速率外推法,求出环氧树脂体系的三个特征温度,温度参数能为...     

氮气压力对Si3N4-SiC-TiN陶瓷自蔓延燃烧合成的影响

以TiSi₂为反应原料, SiC 作稀释剂, 利用自蔓延高温合成(SHS) 方法合成Si₃N₄2SiC2TiN 复相陶瓷。计算了氮气压力对毛坯反应物理论转化率的影响, 并在50 、100 和150 MPa 三种氮气压力下进行了燃烧合成。结果表明, 孔隙率为50 vol %的压坯在三种条件下反应都比较完全, 反应物转化率随氮气压力增加而提高。而孔隙率为40 vol %的压坯在较低氮气压力下燃烧反应变得不完全, 产物中残留大片Si 。当压力为150 MPa 时产物中未出现单质Si 。说明氮气压力增大有利于氮气向反应前沿的渗入, 进而提高反应物的转化率。