刚玉—氮化硅复合材料现状

本文分析了陶瓷杯的损毁机理及陶瓷杯耐火材料的发展。重点总结了目前刚玉—氮化硅复合耐火材料的研究。

空气气氛中烧成刚玉-氮化硅复合材料的研究

对刚玉-氮化硅复合材料在氮气中埋炭、空气中埋炭和空气 3种气氛中加热时可能发生的、对烧结有影响的重要反应进行了热力学分析,然后按m(Al2O3 ) : m(Si3N4 ) =62. 5: 37. 5的配比制成试样,在上述 3种气氛中于 1600℃保温 2h烧成,并对烧成后试样的性能、相组成以及空气气氛中烧成后试样的显微结构进行了分析。结果表明:在氮气中埋炭或空气中埋炭烧成时,材料的烧结情况没有在空气气氛中的好;在氮气中埋炭和空气中埋炭烧成后试样中分别生成了少量的β SiAlON或SiC,而在空气气氛中烧成后试样中出现了莫来石、石英和X相,残留了较多的β Si3N4;在空气气氛中烧成后,试样断面明显分为氧化层和非氧化层,其间有一沉积致密层。

硅粉加入量对刚玉-氮化硅复合材料力学性能的影响

以刚玉、氮化硅、粘土和硅粉为主要原料,在空气气氛下于1550℃保温3h烧成制得刚玉-氮化硅复合材料,研究了硅粉加入量(w)分别为0、4%、8%、12%时对试样常温物理性能、高温抗折强度的影响,并采用XRD、SEM、EDS等手段分析了试样的物相组成和显微结构。结果表明:在硅粉加入量<8%时,Si主要填充在烧成制品基质的空隙中;随着硅粉加入量的增加,制品致密化程度提高,常温强度增大,同时由于硅粉原位生成了纤维状赛隆而使制品的高温强度增大;但在硅粉加入量>8%时,Si可能构成连续相,又导致制品致密度下降和高温力学性能恶化。

硅粉对刚玉-氮化硅复合材料表面氧化膜的影响

将T-60氧化铝粉、氮化硅粉和硅粉分别按50%、37.5%和12.5%的质量分数配料混合,经压制成型后,在空气中于1600℃保温2h烧成制得刚玉-氮化硅复合材料试样,借助于XRD、SEM、EDS等研究了加入硅粉对刚玉-氮化硅复合材料表面氧化膜组成和结构的影响。结果表明:在空气中烧成的刚玉-氮化硅复合材料表面氧化膜主要由富硅玻璃相、刚玉和莫来石组成;在刚玉-氮化硅复合材料中引入硅粉能减小氧化膜厚度,并能提高氧化膜的致密程度。

刚玉-氮化硅复合材料研究现状

分析了陶瓷杯的损毁机理及陶瓷杯耐火材料的发展。重点总结了目前刚玉-氮化硅复合耐火材料的研究现状。

刚玉氮化硅复合材料表面氧化膜的形成动力学

以刚玉粉和氮化硅粉为原料,借助微量热分析天平,结合X射线衍射和扫瞄电镜等检测手段,对刚玉氮化硅复合材料表面氧化膜的形成动力学机理进行了研究,并推导出了动力学方程。研究结果表明材料表面氧化膜的形成动力学可分为三个阶段:化学反应速度控制阶段,动力学方程为△W=Kc·t,其中Kc=52.21exp(-73806.3/RT);混合控制阶段,动力学方程为(△W)2+KO/Kc(△W)=Km·t,其中Km=253.81exp(-85644.2/RT);扩散速度控制阶段,动力学方程为(△W)2=Kd·t,其中Kd=31.12exp(-66522.1/RT)。

ZDMA改性Si_(3)N_(4)制备ZDMA@Si_(3)N_(4)/EPDM复合材料及性能研究

以羧酸锌盐二甲基丙烯酸锌(ZDMA)为改性剂,湿法改性处理陶瓷纳米氮化硅粉体(n-Si_(3)N_(4)),制备ZDMA@Si_(3)N_(4)/EPDM复合材料,研究ZDMA@Si_(3)N_(4)对复合材料力学性能、耐磨性能及耐油性能的影响。实验结果表明,ZDMA对Si_(3)N_(4)具有很好的表面有机化改性效果,改善了其在EPDM基体中的分散性,同时结构中不饱和键与橡胶大分子链形成共硫化,有效提高了复合材料的交联密度和极性,二者具有良好的协同作用。当ZDMA@Si_(3)N_(4)添加量为15 phr时,ZDMA@Si_(3)N_(4)/EPDM复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别提高24.2%和42.8%,阿克隆磨耗磨损体积由0.52 cm^(3)/1.6 km降低至0.14 cm^(3)/1.6 km,100℃*70 h耐热油质量变化率由102%降至87%。

晶须增强氮化硅陶瓷自生复合材料

本文提出了两种制备氮化硅陶瓷自生复合材料的方法：以氟化钙为添加剂，对硅坯体直接进行氮化；经预氮化后的反应烧结氮化硅多孔体，在含酚醛树脂和硅酸乙酯的无水乙醇溶液中浸渍处理后，再经过高温热处理，分别可得到以β－Ｓｉ＿３Ｎ＿４和β－ＳｉＣ晶须增强的氮化硅陶瓷复合材料。同时，还对生长条件对晶须的形态，以及自生晶须对氮化硅陶瓷力学性能的影响进行了探讨。

改性纳米氮化硅/NBR复合材料的性能

采用大分子偶联剂改性纳米氮化硅,研究改性纳米氮化硅用量对改性纳米氮化硅/NBR复合材料性能的影响。结果表明,对纳米氮化硅进行改性可以改善其在NBR基体中的分散性;采用少量(0.5～1.5份)改性纳米氮化硅填充NBR可以提高复合材料的物理性能和动态力学性能,并大幅延长相应油封制品的使用寿命。

逆反应烧结制备碳化硅/氮化硅复合材料的工艺

制备Si3N4/SiC复合材料的常规反应烧结是以Si和SiC为原料进行氮化烧结,而逆反应烧结是以Si3N4和SiC为原料,首先使Si3N4反向反应为活性氧化物后再进行烧结。建立逆反应烧结工艺制备Si3N4/SiC复合材料的热力学基础。确定了Si3N4先于SiC氧化;氧化产物可以是SiO2,也可以是Si2N2O;形成的SiO2氧化膜不会与基体材料反应;在膜与基体之间可能生成Si2N2O。论证了逆反应烧结的热力学可行性。通过6个烧结实验,证实了其热力学分析的正确性,并从工艺参数与密度变化、残氮率和比强度等关系筛选出最佳的烧结工艺参数。

氮化硅/羟基磷灰石复合材料的制备研究

主要用超声分散结合滴定工艺制备了氮化硅/羟基磷灰石(Si3N4/HAp)复合粉体,并经冷压成型、冷等静压成型及无压烧结制备了氮化硅/羟基磷灰石复合材料。X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)研究发现,氮化硅的加入促进了羟基磷灰石的分解,细化了晶粒,可降低羟基磷灰石的烧结温度。

氮化硅颗粒对碳—石英复合材料性能的影响

在碳—石英复合材料中加入氮化硅颗粒可提高其力学性能，但少量鳞石英的析出使材料的热学性能恶化。同时，由于氮化硅减缓了碳纤维的氧化，可以提高材料的抗烧蚀性能。地面模拟实验表明，加入氮化硅颗粒的碳—石英复合材料完全符合某些航天器件的使用要求。

逆反应烧结制备铝电解槽用氮化硅—碳化硅复合材料

采用常规的反应烧结工艺制作铝电解槽侧壁材料用Si_3N_4/SiC时存在不足，为此，提出应用逆反应烧结工艺进行生产性试验的设想。在制备Si_3N_4/SiC复合材料时，常规反应烧结是以Si和SiC为原料经氮化烧结；逆反应烧结是以Si_3N_4和SiC为原料，首先使Si_3N_4反向反应生成活性氧化物后进行烧结。结果表明：该工艺特点是新生的Si_2N_2O或SiO_2进行活性烧结；制品具有良好的物理和化学性能。制品结构紧密，新生氧化物或亚氧化物紧密地充填在Si_3N_4和SiC颗粒间界，新工艺制备的砖的抗冰晶石熔体侵蚀的性能优于常规工艺烧成砖，是铝电解槽侧壁的良好材料。

纳米氮化硅/三元乙丙橡胶复合材料的制备与性能

用甲基丙烯酸锌原位聚合改性纳米氮化硅,再将改性纳米氮化硅填充到三元乙丙橡胶中以制备纳米橡胶复合材料,研究了复合材料的基本力学性能、耐热老化性能、耐油性能和耐磨性能等。结果表明,添加改性的纳米氮化硅在一定程度上提高了三元乙丙橡胶的撕裂强度、扯断伸长率和拉伸强度,邵尔A硬度也小幅上升。当改性纳米氮化硅的添加量为1.0份(质量)时,纳米氮化硅/三元乙丙橡胶复合材料的耐热老化性能和耐油性能有一定程度的提高,其综合性能也达到最佳。用甲基丙烯酸锌原位聚合改性可以改善纳米氮化硅与三元乙丙橡胶基质间的界面作用,提高其在三元乙丙橡胶中的分散效果。

LMPB-g-KH-570改性纳米氮化硅/丙烯酸酯橡胶复合材料的制备与性能研究

采用溶液聚合法将硅烷偶联剂KH-570接枝到低相对分子质量的聚丁二烯液体橡胶(LMPB)分子长链中,合成了新型大分子表面处理剂LMPB-g-KH-570,用其对纳米氮化硅进行表面改性,制备改性纳米氮化硅/丙烯酸酯橡胶(ACM)复合材料,并对其结构和性能进行研究。结果表明:LMPB-g-KH-570与纳米氮化硅发生了化学键合;在复合材料中加入适量LMPB-g-KH-570,可以改善纳米氮化硅在复合材料中的分散性,提高复合材料的物理性能。

改性纳米氮化硅/NR/SBR复合材料的制备与性能研究

采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)-丙烯酸丁酯(BA)-乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)三元共聚物对纳米氮化硅进行表面改性,制备改性纳米氮化硅/NR/SBR复合材料,并对复合材料的性能进行研究。结果表明,采用MMA-BA-VTES三元共聚物改性后,纳米氮化硅的平均粒径明显减小,分散性改善;当改性纳米氮化硅用量为2.5份时,复合材料的综合物理性能最优。

硅复合刚玉-氮化硅材料的性能、组成及显微结构

将由50% (质量分数,下同)氧化铝粉、37. 5%氮化硅粉和12. 5%硅粉组成的混合料和由62. 5%氧化铝粉和37. 5%氮化硅粉组成的混合料分别压制成试样,分别在空气和埋炭气氛中于1600℃保温2h烧成,然后检测试样的体积密度、显气孔率和常温耐压强度,并采用XRD、SEM、EDS等手段分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:与未加硅粉的试样相比,加入硅粉的试样在两种气氛中烧成后,显气孔率较低,强度较大,说明硅对刚玉-氮化硅材料具有助烧结作用;在空气中烧成后,试样中残留有较多的单质硅,这些单质硅均匀分布于刚玉和氮化硅颗粒的空隙间;在埋炭气氛中烧成后,单质硅原位反应生成了O’SiAlON和SiC。

改性纳米氮化硅/EP复合材料的力学和荧光性能研究

使用偶联剂(KH-560)对纳米氮化硅(Si3N4)进行改性,并以改性纳米Si3N4为填料制备了纳米Si3N4/环氧树脂(EP)复合材料,研究了纳米Si3N4对复合材料静态、动态、低温力学性能和荧光性能的影响。结果表明:纳米Si3N4的添加使复合材料同步增强增韧;当纳米Si3N4/EP的质量比为3/100时,复合材料的拉伸强度和冲击强度提高幅度最大,分别提高了145%、255%;复合材料经低温冷冻后拉伸强度进一步增大;通过荧光光谱发现当激发波波长为292 nm时,复合材料的荧光最大发射波波长较纯树脂的红移,且荧光强度增强。

碳纤维增韧增强氮化硅陶瓷基复合材料力学性能的数值模拟

斟于基体平均应力法以及等效夹杂法,提出了种求连续相材料的应力和应变T anakke-Mori Eshelby 1的近似理论,由此可精确评估两相和相复合材料的力学性能。本文利用计算机模拟对碳纤维增韧的氮化硅复3合材料(Cf/Si3N4的弹性模量、剪切模量和泊松比进行理论计算,从其内部微观结构出发,探讨了不同相含)量、气孔的含量以及形状等对复合材料学性能的影响。

碳纳米管增韧氮化硅陶瓷复合材料的探讨

采用热压烧结法制备了Si3 N4/碳纳米管复合材料,研究了碳纳米管的含量及不同烧结温度对该材料的力学性能的影响,主要探讨了该复合材料的强韧化机理。