SiO_(2)微粉加入量对β-SiAlON-SiC材料性能的影响

在保证承烧锂电池三元正极材料匣钵用β-SiAlON-SiC材料抗碱性的前提下,以SiC颗粒和细粉、Si粉、Al粉、α-Al_(2)O_(3)微粉等为原料,采用高温氮化法制备β-SiAlON-SiC材料,研究了SiO_(2)微粉加入量(外加质量分数分别为0、1%、2%、3%)对β-SiAlON-SiC材料的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度、物相组成、抗碱性的影响。结果表明:1)在β-SiAlON-SiC材料中添加SiO_(2)微粉可以降低其显气孔率,显著提高其常温抗折强度和高温抗折强度;2)添加SiO_(2)微粉不会影响Si粉和Al粉的氮化效果,但会影响Al_(2)O_(3)在Si_(3)N_(4)中的固溶度和β-SiAlON的生成量;3)SiO_(2)微粉的最优添加量为1%(w),所得试样的抗碱性明显优于未添加SiO_(2)微粉试样的。

β-SiAlON结合氧化铝空心球隔热制品的制备及应用

为提高氮化炉的使用寿命,以氧化铝空心球、Si粉、Al粉、Al_(2)O_(3)细粉和微粉等为主要原料,经1450℃保温10 h氮化反应制备了结合相β-SiAlON含量约30%(w)的氧化铝空心球隔热制品,测试了理化性能,分析了物相组成和显微结构。分析表明,β-SiAlON结合氧化铝空心球材料中的β-SiAlON主要为细长的纤维状晶体,1350℃时的高温抗折强度显著高于常温抗折强度,荷重软化温度高,抗热震性优良。将该材料用于5 m^(3)间歇式电加热氮化炉工作衬,使用寿命超过2.5 a,使用炉次超过130炉,明显高于莫来石结合氧化铝空心球制品的100炉。

β-SiAlON及β-SiAlON-SiC复合材料合成的研究

首先对β-SiAlON及其复合材料的合成试验进行了热力学分析,在不同温度、不同z值条件下采用还原氮化法制备了β-SiAlON以及β-SiAlON-SiC复合材料;XRD和SEM分析表明,不管是以Si、Al、Al2O3还是以Si、Al2O3为原料,在氮气气氛下用Si3N4埋粉,在常温常压下都可以合成较纯的βSiAlON。通过改变z值和控制烧结温度等试验发现,当z=0.6、T=1723K时能合成较纯的β-SiAlON,但随着z值的增加,会有少量的O’SiAlON杂质相生成;通过SEM分析表明,在一定温度下,控制适宜的工艺条件,随着z值的增加,β-SiAlON晶粒间开始析出部分晶须,并逐渐转变为明显交织的棒状结构,从而提高材料的断裂韧性。

不烧Al-Si复合低碳Al_2O_3-β-SiAlON材料的抗氧化性能

采用大试样高温热重分析仪研究了不烧Al-Si复合低碳Al2O3-β-SiAlON材料（MAC-F）的抗氧化性,并与Al-Si复合不烧铝碳滑板材料（MAC-S）进行了比较。结果表明（1）两种材料在250-1100℃氧化时的质量变化规律相似,在500℃以前均处于质量损失状态;从500℃开始试样处于质量增加状态,500-1100℃之间两种材料质量变化率的增加量差别不大;1100℃以上材料MAC-S的质量变化率的增加量明显提高,而材料MAC-F质量变化率的增加量稍有降低。（2）1500℃氧化后,材料MAC-F质量增加率明显低于材料MAC-S的,氧化层很薄,厚度仅0.5mm。材料MAC-F的氧化层中有较多的短柱状莫来石晶体,均匀地分布在刚玉骨架结构的空隙中,形成致密的结构,对氧气进入材料的内部起到了阻碍作用。其氧化层表面覆盖着一层由莫来石和少量玻璃相组成的光滑薄膜,更有效阻碍了氧气向内部的渗透。因此,材料MAC-F与材料MAC-S相比,抗氧化性能更为优异。

β-Sialon及其复合材料热力学与合成

本文对β-Sialon及其复合材料合成进行了热力学分析,采用金属还原氮化法一步制备合成了不同温度、不同Z值的β-Sialon以及β-Sialon-SiC与β-Sislon-Al2O3复合材料,XRD和SEM分析表明,以Si、Al、Al2O3和Si、Al2O3粉末为原料,用Si3N4做埋粉,在高温、常压下都可以合成较纯的β-sialon.通过改变Z值和控制烧结温度等试验发现,当Z=0.6、温度T=1450口时合成的β-sialon杂质相最少.在一定温度下,控制适宜的工艺条件,随着Z值增加,β-sialon结构由晶粒间析出部分晶须转变为明显棒状交织结构,从而可望大幅度提高其强度.

以高岭土制备β-sialon粉料

在高岭土和碳的混合物中,加入适量氧化铁作催化剂,在N_2气氛下,通过还原-氮化反应,制得β-sialon粉料。用X射线衍射法测定了在反应温度下生成物的相组成及相对含量的变化,并用化学分析方法测定了β-sialon粉料中的氮含量。用TEM观察了粉末合成前后的形貌。在此基础上,讨论了β-sialon形成过程。研究结果表明,β-sialon粉料中氮含量及Z值大小与工艺参数有关。

溶胶-凝胶还原氮化合成β-sialon超细粉

以硝酸铝、正硅酸乙脂、无水乙醇、蔗糖等为起始原料 ,通过溶胶凝胶、还原氮化工艺制备了 β sialon超细粉体。研究了 β sialon晶种、Si3 N4 晶种、AlN晶种、添加剂、氮化温度等工艺条件对合成 β sialon粉体的影响。结果证明 :晶种的加入可以促进 β sialon的合成 ,降低其合成温度 ,其用量的多少对 β sialon的合成影响不明显 ;晶种种类对 β sialon合成影响较大 ,其中 β sialon晶种的促进效果最明显 ;1 45 0～ 15 0 0℃是比较合适的氮化温度。SEM的结果表明 ,合成的 β sialon的粒径在 30 0nm左右。同时还研究了Sialon ,Si3 N4 和AlN的水解性能。

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%。

高纯β-SiAlON粉料的可控合成

在Si3N4-SiO2-Al2O3-AlN体系中,采用拟抛物面规则对不同组成SiAlON相的热力学性能进行了评估,并研究了β-SiAlON相的合成热力学条件.以煤矸石为主要原料,加入适量碳黑作为还原剂,在不同气氛(空气或不同纯度的氮气)下合成了β-SiAlON,并研究了β-SiAlON粉料在不同气氛下的相转化.热力学分析表明,不同的SiAlON相可以在合适的气氛参数Y=lg(PO2/Pθ)-2/3lg(PN2/Pθ)下合成,较低的Y值有利于β-SiAlON相的合成.过量碳存在时提高通氮纯度α将会降低气氛中的Y值,其关系式为Y=2lg[(2-2α)/(2-α)]-2/3lg[α/(2-α)]-15.616.实验结果表明:热力学分析得到的合适初始参数可以实现高纯β-SiAlON的可控合成,当初始参数为T=1800K,埋焦炭保护,通入氮气纯度α=0.995～0.999时可获得较好的结果.

β-SiAlON晶须的诱导合成和生长机制研究

以β-SiAlON粉料为晶种,SiC为基体,加入Si粉、Al粉和Al2O3粉在1900 K氮气气氛下合成β-SiAlON晶须,研究了晶须的显微结构、相组成和晶须增韧SiC复合材料的力学性能,并结合热力学研究了晶须的生长机制。结果表明:(1)以β-SiAlON粉料为诱导晶种时可以合成β-SiAlON晶须材料,其生长机制为VLS机制和VS机制;(2)当以VLS机制生长时,晶须合成z值为1.56,直径约为200～300 nm,呈柱状和纤维状,当以VS机制生长时,晶须合成z值为1.76,直径为0.5～1.5μm,呈柱状和竹节状,发育较为规则;(3)晶须相可有效提高复合材料的力学性能,相同组成的复合材料中,当β-SiAlON晶须相的含量较高时,材料可以在气孔率较高(32.1%)条件下获得了较好的抗折强度(55.2 MPa)。

利用高铝粉煤灰合成β-Sialon粉体的实验研究

在N2气氛中以粉煤灰为原料,采用碳热还原氮化工艺制备了β-Sialon粉体,研究了碳含量、合成反应温度、保温时间和氮气流量等因素对生成物物相的影响。在添加适量Al2O3、C含量23%、氮气流量2L/min、合成温度1450℃、保温时间为6h的条件下,可获得Z=3的纯晶相β-Sialon粉体,粒度均一,形态规则。β-Sialon粉体粒径在1～3μm之间,形态与结晶程度受合成条件影响。在不同的制备条件下,所合成的产物为β-Sialon和Al N、β-SiC、Si3N4、Al6Si2O13、O’-Sialon、α-Al2O3、Si O2等的混合物。并对高铝粉煤灰合成β-Sialon的反应过程进行了分析。

采用煤矸石和用后Al_2O_3-SiC-C铁沟料合成β-SiAlON

在热力学分析的基础上,以用后Al2O3-SiC-C铁沟料、煤矸石和活性炭为主要原料,采用碳热还原氮化法合成了β-SiAlON。详细讨论了合成温度(1 723和1 823 K)、活性炭加入量(理论需碳量、过量15%、过量30%和过量45%)、Si与Al元素摩尔比(分别为3:3,3.5:2.5和4:2)和煤矸石种类(低碳煤矸石和高碳煤矸石)对合成β-SiAlON的影响,并采用XRD、SEM和EDS等对合成产物进行分析。结果表明:(1)当合成温度由1 723 K增加到1 823 K时,合成后试样中β-SiAlON相含量增加,O’-SiAlON和α-Al2O3的含量降低;(2)加入过量的活性炭有利于合成后试样中β-SiAlON相含量的增加;(3)随着Si、Al元素摩尔比的增大,合成后试样中β-SiAlON相含量增多;(4)采用低碳煤矸石的试样中β-SiAlON相含量高于采用高碳煤矸石的,其原因是配料时前者中配入的活性炭更多,而活性炭的活性较高,更有利于促进碳热还原氮化反应的进行。

粘土碳热还原氮化二步法制备β-Sialon结合刚玉复相材料

以天然粘土为原料 ,采用碳热还原氮化法合成了β Sialon粉体 ,再将它与刚玉复合 ,常压下烧结制备了β Sialon结合刚玉复相材料 ;研究了合成β Sialon粉体的反应过程和最佳工艺参数 ,在反应温度为 1 5 0 0℃ ,保温 6h ,碳的质量分数为2 0 % ,氮气流量为 1 .5L·min- 1 的工艺条件下 ,产物中的β Sialon可达 90 % (质量分数 )以上。测定了添加不同烧结助剂的 β Sialon结合刚玉复相材料的力学性能 ,并用SEM观察了其断口形貌 ,发现添加稀土氧化物La2 O3和Y2 O3的样品烧结相当致密 ,抗折强度分别为 1 72MPa和 2 0 1MPa。

β-sialon结合刚玉复合材料的性能

研究了矾土基β-sialon结合刚玉复合材料在高温使用下的力学性能、抗热震性、抗氧化及抗K2CO3的侵蚀等性能,并和氧化铝基β-sialon结合刚玉复合材料的性能进行了对比。结果表明:矾土基β-sialon结合刚玉复合材料的高温抗折强度在相同条件下均高于氧化铝基β-sialon结合刚玉复合材料;相同条件下,矾土基β-sialon结合刚玉复合材料热震后的残余抗析强度均高于氧化铝基β-sialon结合刚玉复合材料;β-sialon结合刚玉复合材料的氧化过程呈保护型氧化,温度高于1250℃时,矾土基β-sialon结合刚玉复合材料的氧化速率比氧化铝基β-sialon结合刚玉复合材料的低;在1 300℃的K2CO3液中侵蚀6 h后,β-sialon结合刚玉复合材料的抗K2CO3侵蚀性能比刚玉砖和高铝砖好得多。

1500℃工业条件合成β-Sialon的研究

研究了在 150 0℃的流动氮气中用工业纯铝粉、硅粉和氧化铝粉制备不同Z值 β Sialon相材料的氮化烧结技术。氮化后最终产物为 β Sialon ,其实际Z值接近配方Z值。高Z值试样残余少量Al2 O3并伴生少量 15R相。β Sialon的显微形貌特征随Z值变化明显 ,从低Z值的纤维状向板带状或长剑状过渡 ,直到高Z值的棱柱状。β Sialon的抗碱侵蚀能力在配方Z值为 1.5～ 2 .5时最佳 。

β-SiAlON添加量对矾土基浇注料高温力学性能的影响

研究了加入 β SiAlON对矾土基超低水泥浇注料高温力学性能的影响。结果表明 :加入 β SiAlON能明显提高浇注料试样在 1 30 0℃下的热态强度 ,同时其抗热震性也得到显著改善。产生这些结果的原因是针状和纤维状的 β SiAlON细晶穿插或填充在基质的刚玉骨架结构中 ,起着强化和增韧作用 。

加入β-SiAlON对铝碳质材料性能的影响

以白刚玉、熔融石英(≤0.5mm)为骨料,鳞片石墨(≤0.15mm)、白刚玉(≤0.088mm和≤0.045mm)、矾土基β-SiAlON(≤0.088mm)以及添加剂为基质料,酚醛树脂作结合剂,在骨料与基质的质量比为35∶65的基础上,分别用0、7%、14%、21%、28%的矾土基β-SiAlON取代铝碳质材料中的石墨,经等静压成型后,试样于180℃固化24h,并在埋炭条件下于930℃热处理,研究了β-SiAlON加入量对处理后试样常温物理性能、抗氧化性、高温机械性能和抗热震性的影响。结果表明:(1)随着β-SiAlON加入量的增加,试样的显气孔率显著上升,体积密度降低,常温和高温抗折强度下降,抗氧化能力变差;(2)与原铝碳材料相比,加β-SiAlON的试样抗热震性均有所降低,但仍保持了良好的抗热震性,在1100℃热震温差下水冷3次和5次后的强度保持率均在90%和75%以上;(3)从降低C含量的角度考虑,在不显著降低铝碳材料性能的情况下,β-SiAlON加入量以7%左右较为适宜,此时试样仍具有较好的抗氧化性和高温抗折强度。

β-sialon/Al_2O_3/SiO_2系材料烧结性能及反应过程研究

以 β-sialon粉、活性氧化铝微粉和氧化硅微粉为原料 ,研究了在焦碳保护下 ,β -sialon/Al2 O3/SiO2 体系材料经 15 0 0 ,160 0 ,165 0℃烧成时 ,该体系材料的烧结性能和物相变化 ,同时借助于SEM ,EDX和XRD等手段对材料的显微结构和反应过程进行了观察和分析。结果表明 ,随着温度升高 ,β -sialon/Al2 O3/SiO2 体系材料的体积密度下降 ,显气孔率增加 ,同时试样烧成前后的质量损失大大增加 ,尤其是经165 0℃烧成的试样 ,显气孔率在 5 0 %以上 ,质量损失大于 2 0 %。XRD物相分析显示 15 0 0℃时 ,产物中生成X相 (Si1 2 Al1 8O39N8)和SiC ,高于 165 0℃生成γ -AlON和SiC相 ,与热力学计算结果一致。同时高温下大量低价态的氧化铝如Al(g)及SiO( g)气相物质逸出试样表面 ,可能是导致试样质量损失 ,结构松散 ,显气孔率增加的主要原因。切开经高温烧成的试样 ,其截面由中心致密区 ,过渡区和边缘的松散区 3部分组成 ,含氮物相的形状由中心部位发育良好的柱状 ,演变成过渡区的针状或须状 ,直至松散区消失。

β-SiAlON对刚玉基超低水泥浇注料性能的影响

研究了β-SiAlON加入量(质量分数)分别为0、4%、6%、8%和10%时对刚玉基超低水泥浇注料烧结性能、高温强度和抗热震性的影响.结果表明:β-SiAlON的加入对材料的烧结有负面影响,它使试样的气孔率升高,强度降低,但提高了试样的高温抗折强度(1400℃);β-SiAlON的加入可显著改善试样的抗热震性,残余强度保持率由18.4%提高到40%～49%.

保温时间对β-Sialon结合镁铝尖晶石-碳材料的影响及其氧化动力学

以电熔尖晶石、Si粉和鳞片石墨为主要原料,木质磺酸钙溶液(1.25 g/mL)为成型结合剂,在氮气气氛下1450℃分别保温1、2、3和4 h原位生成β-Sialon结合Mg Al_2O_4-C材料,研究了保温时间对材料的物相组成、β-Sialon的显微结构及常规物理性能的影响,并对该复合材料进行氧化动力学研究。结果表明:当保温时间从1 h增加到4 h,试样的物相变化规律基本相同,Si单质相消失,完全转化为SiC、Si_3N_4和β-Sialon(Si_3Al_3O_3N5)。当保温时间为3 h时,生成的β-Sialon(Si3Al3O3N5)为完整圆柱状晶粒,尺寸分布均匀,交错成网络结构。随着保温时间的增加,试样内部产生较多的SiO气体,导致试样的显气孔率增加,体积密度下降,耐压强度和抗折强度先增加后下降,当保温时间为3 h时,耐压强度和抗折强度达到最大。氧化动力学研究表明,氧化过程随着时间的推移分为化学反应控制阶段、化学反应和扩散共同控制阶段及扩散控制三个阶段。