溶胶凝胶-碳热还原法制备Si3N4纳米粉末

以硅溶胶为硅源,有机碳为碳源,有机氮和氮气为氮源,先采用溶胶-凝胶法制备前驱体,然后进行碳热还原制备Si3N4陶瓷纳米粉体。主要研究了硅碳比、反应温度、氮气流量、保温时间等工艺因素对氮化硅粉体生成的影响。碳热还原制备Si3N4纳米粉体的最佳工艺条件为:碳硅比(摩尔比)为3.5∶1,氮气流量为3L/min,煅烧温度为1500℃,保温时间2h。在以上最佳工艺条件下,可制备出纯的Si3N4纳米粉体,其中α-氮化硅为90.8%,β-氮化硅为9.2%,平均粒径为43.82nm。

棉织物的改性纳米Si_3N_4抗紫外线功能整理

选用经硅烷偶联剂KH550和KH560改性后的Si3N4纳米粉体对棉织物进行抗紫外线整理,通过测定棉织物整理前、后的紫外线反射率和染色棉织物K/S值确定最佳整理方法,并用TEM和热重分析表征了整理后棉纤维结构与性能,测试了棉织物的白度、硬挺度和拉伸性能变化.结果表明:采用纳米Si3N4+壳聚糖整理棉织物,不仅能增强抗紫外线性能,而且能提高活性染料对棉织物的上染性能;经纳米Si3N4+壳聚糖整理后,棉纤维热分解率明显降低,热分解起始温度下降,且织物变得硬挺,白度降低,断裂强力下降而断裂伸长率增大.

SiC/Si_3N_4复合纳米粉的微观结构与形态

用X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和图像分析等分析手段，对激光诱导六甲基乙硅胺烷加氨气气相合成纳米陶瓷粉进行了结构分析及表征．结果表明：利用激光诱导六甲基乙硅胺烷合成出了理想的纳米陶瓷粉，实验制备的粉体由非晶态相和少量晶态相组成，颗粒形状规则呈球形；其微粒粒径多为10—20nm范围，大部分分散性较好，粉中无游离的硅生成；主要相为非晶态结构的SiC和Si3N4组成，少量晶态相为α-SiC、β-SIC和Si3N4．在可控制备工艺条件下能够合成理想的非晶纳米SiC粉体．

改性纳米Si_3N_4的制备及在PU合成革中的应用

采用自制的丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯-乙烯基三乙氧基硅氧烷(BA-MMA-VTES)大分子表面改性剂对纳米氮化硅(Si3N4)陶瓷粉体进行表面包覆改性,将改性后的纳米Si3N4粉体加入到耐水解聚氨酯(PU)树脂中成革,并进行傅立叶变换红外光谱、透射电子显微镜等分析及力学性能测试。结果表明,BA-MMA-VTES与纳米Si3N4发生化学健合;BA-MMA-VTES质量分数为5%时,纳米Si3N4粒径最小,改性后的纳米Si3N4有良好的分散性能。添加改性纳米Si3N4粉体的PU合成革的力学性能明显提高。

纳米Si_3N_4陶瓷粉体表面改性的研究

用钛酸酯偶联剂NDZ-102化学包覆纳米Si3N4陶瓷粉体,通过沉降实验、粒度测定和表面能测试等实验手段研究了改性前后粉体的溶液中稳定性、热重、粒度分布等物性。结果表明:NDZ改性纳米Si3N4粉体为化学改性,添加量为10%时,粉体在甲苯中悬浮性最好;粉体改性后粒径降低,为纳米级分布,表面能也大幅度下降。

一种制备α-Si3N4纳米粉的方法

本发明制备α-Si3N4纳米粉的方法，特征是把硅化镁与氯化铵按物质的量的比1：(4．1～4．5)混合，在密封和450～650℃条件下反应2～12h，所得产物经水洗、分离和干燥，即获得平均颗粒尺寸为15～95nm的α-Si3N4粉。本发明反应和提纯方法简单，产品物相单纯，反应温度低，原料易得，适于工业化生产。

纳米Si3N4陶瓷粉末的表面改性与应用

纳米Si3N4陶瓷粉末具有极大的比表面积和表面能，因而极易团聚，致使其在应用中无法发挥纳米粒子的优异性能，通过对纳米粒子表面改性可改善这一状况。纳米粒子表面改性的方法有：偶联剂法、表面活性剂法、接枝聚合法、高能法等。改性后的纳米Si3N4，因其独特的物理，化学．光学等性能在功能材料，橡胶、涂料及生物医药等方面得到广泛的应用。

TiN/Si_3N_4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响。结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应。最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa。当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低。此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降。

表面改性Si_3N_4粉末在水相体系中的分散性能

在空气中于1000℃对Si3N4粉末进行表面氧化改性,研究其在水相体系中的分散性能。研究表明:经氧化后Si3N4物相主要为Si3N4,粉末表面被一层均匀的氧化层(主要成分为SiO2)包覆;经氧化改性的Si3N4在水相体系中的Zeta电位和分散性能显著提高;随着氧化时间的延长,粉末的分散性能和Zeta电位绝对值曲线变化趋势一致,呈现先上升后下降的趋势;氧化后Si3N4表层出现新的较强的Si—O键振动峰。

TiN／Si_3N_4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN／Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN／a-Si3N4模型有很大不同;复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0．5-0．7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面．进一步采用二维结构的TiN／Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0．7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应．由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1．0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低．基于以上结果,本文对TiN／Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN／a-Si3N4模型的新解释．

残余氧对TiN+Si_3N_4纳米复合薄膜硬度的影响

用直流等离子体增强化学气相沉积设备在不锈钢表面沉积纳米晶TiN和纳米非晶Si3N4复相薄膜.主要研究了氧元素对薄膜硬度的影响.结果表明,薄膜中极其微量的氧含量就会使nc-TiN+a-Si3N4薄膜的硬度大幅降低.薄膜中氧含量小于0.2％(原子分数),薄膜硬度可以达到45-55 GPa,而氧含量升至1％-1.5％后,薄膜硬度降至30 GPa左右.其原因与晶界处形成SiOx相有关.

B_4C改性酚醛树脂对Si_3N_4的高温粘接性能

以酚醛树脂为基体，加入B4c作为改性填料制备出高温粘结剂，并对si3N4陶瓷进行粘接。在300～800℃温度范围内对Si3N4陶瓷粘接试样进行热处理，并测试了不同温度热处理后的室温剪切强度。结果表明，经过700～800℃热处理后，粘结剂表现出较为理想的粘接性能，剪切强度测试结果为Si3N4陶瓷基体破坏。利用扫描电镜研究了粘接试样的断面形貌及胶层结构特征。研究表明，在高温热处理过程中，B4C改性填料发生了复杂的物理、化学变化，通过B4C与树脂挥发分之间的改性反应，有效提高了酚醛树脂热解后的残炭值，进而改善了粘接胶层结构的高温稳定性；纤维状物质的形成与B2O3颗粒的细化，有助于提高粘接胶层的连接强度。

Si_3N_4/SiC纳米复合陶瓷的微观结构

利用ＪＥＭ２０００ＥＸⅡ高分辨电镜和ＨＦ２０００冷场发射枪透射电镜对Ｓｉ３Ｎ４ＳｉＣ纳米复合陶瓷材料的微观组织、结构和成分进行了研究。结果表明，ＳｉＣ颗粒弥散分布在基体相β－Ｓｉ３Ｎ４晶内和晶界。晶内ＳｉＣ颗粒与基体相的界面结构有三种类型：１）直接结合的界面；２）完全非晶态的界面；３）混合型的界面。晶间ＳｉＣ颗粒与基体相的界面大部分是直接结合的。

表面活性剂对电沉积Ni-纳米Si_3N_4复合镀层的影响

采用电沉积法,制备Ni 纳米Si3N4复合镀层。研究了2种表面活性剂对复合镀层的粒子含量及耐磨性的影响。利用扫描电镜(SEM)观察复合镀层的表面形貌。结果表明:表面活性剂对电沉积Ni 纳米Si3N4复合镀层有较大的影响;采用非离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的复配组合制备的复合镀层优于单独使用一种表面活性剂制备的镀层。

纳米Si_3N_4颗粒填充铸型尼龙的摩擦学性能研究

为了研究纳米Ｓｉ３Ｎ４颗粒作为填料对铸型尼龙（ＭＣ尼龙）的摩擦磨损性能的影响， 选用两种复合材料在Ｗ—２００摩擦磨损试验机上进行了试验研究，并借助于扫描电镜观 察了磨损形貌，探讨了磨损机理．研究结果表明，在干摩擦条件下，Ｓｉ３Ｎ４颗粒填充ＭＣ尼 龙与钢环对摩的摩擦系数随载荷的升高而降低，在相同载荷时均高于纯尼龙．在一定的滑 动速度下，Ｓｉ３Ｎ４颗粒填充 ＭＣ尼龙的耐磨性能与载荷大小有关，当载荷较低时，复合材料 的耐磨性能比纯尼龙好，其磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损；当载荷较高时，复合材 料的耐磨性能不如纯尼龙，其磨损机理主要是疲劳剥落，并有磨粒磨损和粘着磨损．

(Ni-W)-纳米Si_3N_4复合电镀工艺的研究

研究了(Ni W)纳米Si3N4复合镀层的共沉积条件,考察了电流密度、温度和时间等操作条件对镀层沉积速率和显微硬度的影响。结果表明,随着电流密度提高,复合镀层的沉积速率和硬度不断增加,但当电流密度达到16A dm2,镀层的硬度下降;合适的镀液温度为75°C左右,沉积时间约60min。

非晶纳米Si_3N_4对POM的增强与增韧研究

本文报导了非晶纳米Si3N4对聚甲醛的改性，使聚甲醛的冲击强度和拉伸强度分别提高了160％和25％；给出了强度与填充量的对应关系并分析了增强与增韧的机理．

TiN／Si_3N_4纳米多层膜硬度对Si_3N_4层厚敏感性的研究

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si_3N_4层厚的TiN/Si_3N_4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和硬度,研究了其硬度随Si_3N_4层厚微小改变而显著变化的原因．结果表明,在TiN调制层晶体结构的模板作用下,溅射态以非晶存在的Si_3N_4层在其厚度小于0．7nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,多层膜形成共格外延生长的{111}择优取向超晶格柱状晶,并相应产生硬度显著升高的超硬效应,最高硬度达到38．5 GPa．Si_3N_4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低．

TiB_2/Si_3N_4纳米多层膜的制备及其结构和性能分析

利用超高真空离子束辅助沉积(IBAD)系统,在225℃条件下,制备一系列TiB2/Si3N4纳米多层膜,通过X射线衍射(XRD)仪、表面轮廓仪、原子力显微镜(AFM)和纳米力学测试系统分析该体系合成中调制比对多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:一定条件下制备的多层膜其纳米硬度值高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制比为15∶1,调制周期为(13±1)nm时,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量和膜基结合性能均达到最佳.多层膜机械性能的明显改善与其多层结构和多晶结构存在直接联系.实验证明通过选择合适的个体层材料、厚度以及调制比等条件,制备具有高硬度、低应力和良好膜基结合力的纳米多层膜是可以实现的.