稀释剂迭代加入对燃烧合成α-Si_3N_4的影响

在开发迭代燃烧合成这种新工艺的基础上,进一步研究了以迭代的方式加入稀释剂对燃烧合成Si_3N_4的作用和影响。研究表明,以迭代的方式加入Si_3N_4稀释剂,可以有效的控制燃烧反应的最高温度,能够实现以低a相含量的Si_3N_4粉体来制备出高a相含量的Si_3N_4粉体,从而使Si_3N_4产物的a相含量得到提高。同时发现,当稀释剂加入量x较小(x=0.375)时,稀释剂的a相含量对生成Si_3N_4产物的a相含量影响较大,当热力学因素和动力学因素的作用达到平衡时,产物中Si生成的a-Si_3N_4的转化率最高值达到89%;当加入稀释剂的量较大(如x≥0.40)时,稀释剂的这种作用不明显。适宜的稀释剂加入量x值应当在0.45左右。所得结果对工业化生产a-Si_3N_4粉体具有指导作用。

β-Si_3N_4含量对Y_2O_3-MgO-α-Si_3N_4陶瓷性能的影响

利用扫描电子显微分析等手段,研究了棒状β-Si3N4含量对Y2O3-MgO-α-Si3N4陶瓷致密度、力学性能和显微结构的影响,确定了β-Si3N4和α-Si3N4的适宜配比。结果显示:随着β-Si3N4含量的增加,Y2O3-MgO-α-Si3N4陶瓷材料致密度和力学性能均先增加后降低,当β-Si3N4含量达到40%时,陶瓷致密度和力学性能同时达到最大,此时致密度为93%,横向断裂强度为583.4 MPa,断裂韧性为5.42 MPa.m1/2。

α-Si_3N_4陶瓷的液相烧结及其介电性能

以MgO、Al2O3和SiO2作为烧结助剂,采用放电等离子烧结(SPS)方法制备密度可控的α-Si3N4陶瓷材料。讨论了SPS方法制备α-Si3N4陶瓷材料的烧结行为和烧结机理,以及烧结助剂添加量和烧结温度等影响因素与材料密度的关系。结果表明:当烧结温度为1400～1500℃,烧结助剂添加量为9%～28.5%(质量分数,下同)时,可以制备出密度可控,且密度变化范围为2.48～3.09g/cm3的α-Si3N4陶瓷材料,试样的主相为α-Si3N4,烧结机理为SPS低温液相烧结,材料在频率为1MHz时的介电常数为5～7.5,与密度关系密切。

添加剂对Si粉直接氮化工艺中α-Si3N4含量的影响

通常情况下,Si粉直接氮化法和自蔓延法所制得Si3N4粉体主要以β-Si3N4为主,而为了使Si3N4陶瓷有更好的烧结性能,需要得到高α相含量的Si3N4粉。本研究以Si粉直接氮化法为基础,通过添加NH4Cl、FeCl3来制备高α相含量的Si3N4粉。经XRD和SEM检测分析发现,添加适量NH4Cl、FeCl3可大幅提高Si3N4粉体中α-Si3N4的含量,最高可达88.3%,但FeCl3的含量过高时,则可显著降低α-Si3N4的含量。研究还发现添加NH4Cl、FeCl3还可降低Si粉发生氮化反应的起始温度。

原位增韧β-Si_3N_4/α-Sialon复相陶瓷

通过XRD,SEM和力学性能测试研究了β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷热压烧结的致密化、相组成、力学性能和微观结构.结果表明,β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷综合了β-Si3N4和α-Sia-lon的力学性能,可通过改变起始粉末的组成,可以调整相组成及裁剪材料的力学性能.由于加人具有大的长径比的物相β-Si3N4,提高了材料的强度和韧性.

从Si-C-N非晶粉末制备α-Si_3N_4纳米线

以溶胶-凝胶法合成了Si-C-N非晶前驱体粉末，在不添加催化剂的条件下，通过高温还原氮化反应制备了α-Si3N。纳米线．用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）表征和分析了α-Si3N4纳米线．XRD分析表明，在所得产物中，除了未完全反应的非晶SiO2外，主要是α-SisNt，Si2N2O以及少量的β-SiC．TEM和SEM分析显示，合成的α-Si3N4纳米线直径为100～150nm，长几十μm，α-Si3N4纳米线的生长机制是气固（VS）生长机制。

Si(NH)_2热分解法制备Si_3N_4晶须的影响因素

利用Si(NH)2热分解法制备了Si3N4晶须,对实验原理和实验过程进行了详细描述,对实验中存在的温度、残留碳、微量氧、坩埚材质等可能影响晶须生长的诸多因素进行了分析讨论,说明了诸影响因素的影响程度和参与机理。通过对工艺过程中诸影响因素的控制,可以制备高质量Si3N4晶须或改性Si3N4晶须,对研究开发该法批量生产性能优异的Si3N4晶须的工作具有重要的参考意义。

硅烷偶联剂对SP1 SiO_2、α-Si_3N_4及其熔附体表面修饰作用的研究

目的:研究γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)对SP1SiO2、α-Si3N4及α-Si3N4～SP1SiO2熔附体无机填料表面的修饰作用。方法:1)用醋酸乙醇(95%)水溶液(pH4.5～5.5)水解γ-MPS,制备成浓度为25%的水解液(Wt%);2)3种无机填料在环己烷和正丙胺溶液中25℃恒温水域回流搅拌,分4次滴入25%水解液处理40min(终浓度:4%γ-MPS、2%正丙胺Wt%);3)洗涤、抽滤至pH值中性加入环己烷(1:20Wt%),90℃恒温水浴和负压下干燥后恒温箱中120℃维持2h制作试样,表面结构测试。结果:3种无机填料表面的H-O-H特征峰消失,出现了C=C和C=O两个新特征峰,表明γ-MPS已接枝于3种填料表面。结论:γ-MPS在3种无机填料表面形成整体覆盖的修饰作用。

熔附条件对牙科复合树脂中α-Si_3N_4结构及形态影响研究

目的研究熔附温度和熔附时间对α-氮化硅晶须(α-Si3N4)结构及形态的影响。方法将α-Si3N4以250℃/h的升、降温速度升分别至500℃、650℃、800℃、950℃和1100℃并分别保持10min、30min和3h制作试样,进行结构及形态测试。结果α-Si3N4晶须经不同烧结温度和烧结时间处理后,晶型、表面的化学基团和形态未改变。结论熔附条件对α-Si3N4晶须结构、表面的化学基团及形态无影响。

高温多次N^+注入硅形成晶态α-Si_3N_4研究

在1000℃高温下,经多次N+注入硅形成了晶态α-si_3N_4省去了常规SOI技术中的高温长时间热退火工艺。这对于简化工艺步骤、降低工艺温度和缩短工艺时间有实际意义。

线型和带型α-Si3N4准一维结构的形成机理和表征

采用高温氮化合成的热化学方法制备了单晶的线型和带型α-Si3N4准一维结构.其中线型α-Si3N4准一维结构沉积在温度较低的反应区域(1200℃),而带型α-Si3N4准一维结构则沉积在高温原料源附近位置(1450℃).经XRD、SEM、TEM、HRTEM分析表明,制备的线型和带型α-Si3N4准一维结构均为单晶;线型α-Si3N4直径约为100~300nm,长为几十微米;而带型α-Si3N4厚约30nm,宽度在300nm^2μm之间,长度为几微米到几十微米.从晶体生长热力学及动力学方面讨论了线型和带型α-Si3N4准一维结构的生长过程和分区沉积的原因.结果表明,较高的温度和过饱和度有利于形成带型准一维结构.

高能球磨-盐辅助氮化低温合成α-Si_3N_4粉体

以硅粉为原料,NaCl-NaF复合盐为反应介质和稀释剂,采用高能球磨-盐辅助氮化法制备出α-Si_3N_4粉体。研究了氮化温度、保温时间、盐硅比及复合盐中NaF含量对合成α-Si_3N_4的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对产物的物相组成和显微结构进行了分析表征。结果表明:氮化温度为1 200℃、保温时间为4 h、盐硅比为2∶1、复合盐中NaF含量为10%时,硅粉完全氮化。合成的产物中存在大量的α-Si_3N_4晶须,晶须的直径为40～280 nm,长度为几微米到几十微米;晶须的生长机制为VC机制。

Al催化剂辅助直流电弧法合成α-Si_3N_4纳米线

采用等离子体辅助直流孤光放电技术,以SiO_2粉和Si粉为反应原料,制备了大量纯度高α-Si_3N_4纳米线。通过X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)对α-Si_3N_4纳米线的形貌和组分进行表征与分析。TEM和SEM分析显示合成的α-Si_3N_4纳米线直径为30~100 nm,长达几十微米,其生长沿着α-Si_3N_4的[001]方向生长,生长机制气-液-固(VLS)机制所控制。α-Si_3N_4纳米线光致发光光谱(PL)表明其具有一宽的发光带,具有良好的发光性能。

稀土元素对R－α′－Sialon材料致密化和物相组成的影响

研究了不同原子量的稀土元素对稀土Ｒ－α’－Ｓｉａｌｏｎ（Ｒ—Ｎｄ，Ｓｉｎ，Ｇｄ；Ｄｙ，Ｅｒ和Ｙｂ）致密化行为和形成特性的影响．样品分别以热压及无压烧结工艺制备．研究结果表明，样品达到完全致密化所需的热压温度随稀土元素原子量增加而减少，在１５５０℃热压保温１ｈ的Ｙｂ－α’－Ｓｉａｌｏｎ已完全致密，而样品中α’－Ｓｉａｌｏｎ相的含量随稀土元素原子量的增加而变大．比较了热压及无压烧结形成的Ｒ－α’－Ｓｉａｌｏｎ的反应过程，并讨论了少量β’－Ｓｉａｌｏｎ及黄长石与α’－Ｓｉａｌｏｎ同时存在的原因．ＴＥＭ照相显示了材料中非常窄的晶界．为进行对比，同时制备了Ｙ－α’－Ｓｉａｌｏｎ样品．

无氧溶胶-凝胶反应合成SiCN干凝胶及陶瓷研究

采用含高化学活性基团的乙烯基三氯硅烷(CH2=CHSiCl3)和双(三甲基硅基)碳化二亚胺[Me3Si-N=C=N-SiMe3(BTSC)]作前驱体,在室温的氩气氛下于甲苯中进行缩合化学反应,形成稳定透明SiCN溶胶体系,溶胶经过陈化,形成三维空间结构的SiCN凝胶,最后在高温条件下裂解形成SiCN陶瓷。结果表明干凝胶在800℃时裂解为致密的无定型SiCN陶瓷,并在1400℃析晶出棒状α-Si3N4,陶瓷产率为68%(质量分数,下同)。

α-Si3N4与SP1SiO2熔附比例对复合树脂性能的影响

目的 研究α-Si3N4与SP1SiO2熔附比例对复合树脂性能的影响.方法 将α-Si3N4晶须和SP1SiO2颗粒分别按0:1、1:5、1:2、1:1、2:1、5:1和1:0(Wt%)配比混合,800℃、30 min条件下熔附,环己烷溶液处理后与树脂基质按60 Wt%比例充分混合、聚合及两种市售复合树脂制作挠曲强度试样、断裂韧性试样和硬度测定试样(n=5).测试试样挠曲强度、断裂韧性和硬度,进行试样断面扫描电子显微镜(SEM)形貌分析.结果 α-Si3N4晶须与SP1SiO2颗粒的熔附比例对复合树脂的挠曲强度和断裂韧性影响较大,挠曲强度随熔附比例增大呈现先增加后下降的趋势(均P<0.05),2:1组值最高,随后下降.断裂韧性从0:1至2:1组逐渐增大(均P<0.05),2:1组值最高,随后的5:1和1:0进入平台期.熔附比例对硬度和脆性影响较小,硬度基本无变化,脆性从0:1至1:1组逐渐降低(均P<0.05),随后进入平台期.断面SEM形貌与力学性能相符.结论 α-Si3N4晶须与SP1SiO2颗粒的最佳熔附比例为2:1.

β-Si3N4涂层辅助定向生长高效多晶硅的研究

Si3N4是铸造多晶硅锭常用的脱模材料,颗粒状的α相与棒状的β相是Si3N4涂层中常见的两种生成相。石英坩埚底部铺设的Si3N4涂层严重影响着晶体品质。采用α,β两种不同主导相的Si3N4制作涂层。结果表明,β相主导的Si3N4涂层,可以提高脱模和引晶效果,降低硅锭底部红区高度。

SHS法工艺参数对制备氮化硅粉体的影响

本文采用自蔓燃高温合成方法（Self—propagating High—temperature Synthesis）简称（SHS）合成氮化硅粉体，借助于XRD、SEM等检测方法，分析了自蔓燃高温合成氮化硅过程中氮气、温度、稀释荆与孔隙率等方面的影响。结果表明：只要最高燃烧温度不高于相应氮气压力下Si3N4的热分解温度，就可以用SHS方法合成Si3N4；氮气压力下硅粉的自蔓燃合成反应，必须要引入Si3N4稀释荆，来控制反应温度，以获得高α相含量的粉体。压坯气孔率控制在30％～70％，否则反应不能进行。研究发现SHS法可以制备纯度较高的氮化硅粉体。此法较传统方法合成的氮化硅设备简单，成本低廉，纯度高，填充性及烧结活性好。