燃烧合成MgSiN_2粉末反应过程研究

通过绝热燃烧温度计算,提出两种反应体系:Mg粉/Si粉和Mg粉/Si3N4粉,并进行了燃烧反应研究。结果表明,Mg粉/Si粉体系燃烧很难得到纯MgSiN2粉体,Mg粉/Si3N4粉燃烧可得纯MgSiN2粉体,其氧含量(质量分数)为0.377%。采用燃烧波淬熄法研究了Mg粉/Si3N4粉体系燃烧合成MgSiN2的反应过程,并提出了可能的反应过程。

自蔓延高温合成法制备MgSiN_2粉体

以自蔓延高温合成法制备了高纯MgSiN2粉体。通过绝热燃烧温度的理论计算,提出3种可能的反应体系———Mg粉/Si粉、Mg2Si粉或者Mg粉/Si3N4粉。对3种体系的研究结果表明:Mg粉/Si粉体系很难得到纯相的MgSiN2粉体,Mg2Si粉或者Mg粉/Si3N4粉燃烧可得纯MgSiN2粉体,其氧含量最低可达到0.377%,并具有良好的抗水化性能。

添加尿素燃烧合成氮化硅镁粉体

采用燃烧合成方法,以尿素为添加剂在Mg-Si-N体系中制备了MgSiN_2粉体。通过对比活性稀释剂尿素添加前后的燃烧产物相组成和微观形貌,研究了活性稀释剂尿素对于燃烧合成MgSiN_2粉体的影响。结果表明,活性稀释剂尿素的使用能够增加反应物内部孔隙率并提高氮气渗透性,使反应物在氮气中的燃烧合成反应更加容易进行。通过添加活性稀释剂尿素,可以有效促进反应物的氮化反应并降低燃烧合成产物MgSiN_2粉体中的杂质相含量(MgO和游离硅)。

低温烧结α/βSi_3N_4复相陶瓷及力学性能研究

以MgSiN2为烧结助剂,在1 600～1 750 ℃下,热压烧结制备α/β Si3N4 复相陶瓷,并研究其力学性能与相组成及显微结构之间的关系.结果表明,显微硬度随α-Si3N4 质量分数的增加而增加α-Si3N4质量分数为60%时,显微硬度达到最大,随α-Si3N4质量分数继续增加,显微硬度变化很小,约为23 GPa.随着β-Si3N4质量分数的增加,断裂韧性先增加后又下降,抗弯强度先增加而后变化不大.

自蔓延高温合成β-Si_3N_4棒晶

以MgSiN2作为生长助剂自蔓延高温合成β-Si3N4棒晶,并对其生长机理进行探讨。结果表明,添加少量MgSiN2可以制备出高长径比β-Si3N4棒晶,而过多的MgSiN2不利于β-Si3N4棒晶生长。自蔓延燃烧过程中,MgSiN2与原料表面的氧化硅形成Mg-Si-O-N液相,促使β-Si3N4以气-液-固机理快速生长。

BeSiN_2和MgSiN_2晶体稳定性和电子结构的第一性原理研究

自然条件下,BeSiN_2和MgSiN_2以正交晶系(α相)存在.施加压力之后,这两种材料会产生新的相(分别记作β相,γ相和δ相).运用密度泛函理论对材料的晶格参数进行了模拟;使用线性响应函数方法(密度泛函微扰理论)计算了材料的声子色散关系,得出:在无外界压力时,γ-BeSiN_2,δ-BeSiN_2和γ-MgSiN_2结构不稳定,而其余各相可以稳定存在.运用密度泛函理论(分别使用PBE泛函和HSE泛函)得到其能带结构:其中β-BeSiN_2和β-MgSiN_2具有直接带隙,而其他6种相都是间接带隙;之后运用多体微扰理论框架下的GW方法对BeSiN_2和MgSiN_2布里渊区高对称点的能量值进行了修正;其中α-MgSiN_2的带隙宽度为5.55 e V,和实验值5.6 e V吻合.

MgSiN_2固相合成的研究进展

MgSiN_2由于具有和AlN相似的晶体结构,引起了人们的广泛关注。它具有高硬度、高电子阻抗、高热导率、低介电常数、相对较好的断裂韧性、良好的抗热震性能、高达920℃以上的抗氧化性等性能。在各个领域尤其是在电子、国防、宇航领域有着较好的应用,在制备高密度集成电路基板材料、封装材料、高热导非氧化物陶瓷、β-Si_3N_4棒晶、发光材料等方面都有着巨大的应用前景。概述了MgSiN_2粉末与陶瓷烧结体制备的研究进展及其在其他方面的应用,并对MgSiN_2的未来发展进行了展望。