气氛对TiO2碳热还原氮化反应的影响

为研究反应气氛对TiO2碳热还原氮化反应产物相的影响,以电极石墨和锐钛矿型钛白粉为原料,分别在nTi∶nC为1∶2.1、1∶3、1∶4的配碳量下配料,在1550 K的反应温度下分别进行流动氮气、空气中埋碳、流动氮气中埋碳三种不同气氛下的碳热还原氮化反应。依据热力学计算得出的Ti-C-O-N体系不同相的稳定存在区域,并利用SEM、EDS和XRD等研究了产物的化学矿物组成、微观组织形貌,以探讨气氛对反应的影响机制。结果表明:在流动氮气中埋碳的气氛下反应时,较之目前常见的流动氮气、空气中埋碳等气氛下的反应更彻底,氮化率更高,是一种高效、节能的新型反应条件。在流动氮气中埋碳的气氛下反应时,nTi∶nC=1∶3为反应的最佳配碳量,此时的试样表面生成了TiN0.93、Ti(C0.4,N0.6)等钛族非氧化物。

碳热还原氮化工艺制备AlON透明陶瓷

以γ-Al2O3为原料,炭黑(C)为还原剂,通过碳热还原氮化(carbothermal reduction and nitridation,CTRN)工艺合成了氮氧化铝(AlON)粉体,并通过气压烧结工艺制备了AlON透明陶瓷.借助X射线衍射分析研究了反应温度、保温时间及碳用量对CTRN反应产物相组成的影响,借助电子探针研究了AlON透明陶瓷的微观结构.研究结果表明:该反应主要受热力学控制,动力学因素也具有重要作用,反应温度和保温时间对AlON粉体的合成均具有重要影响.在1300℃时,开始发生CTRN反应;随着反应温度的升高,AlN的生成量逐渐增加;在1650℃时,开始形成AlON;在1700℃时,AlON的CTRN合成反应基本完成,产物中除含有极少量的AlN外,其余均为AlON相;进一步提高反应温度至1750℃,产物中残余AlN的量有所减少,但不能完全消除.采用CTRN工艺制备的粉体为原料,经1950℃高温气氛反应6h可制备出AlON透明陶瓷,材料微观结构致密、均匀,平均晶粒尺寸约50μm。

粉煤灰的化学组成对其碳热还原氮化产物相组成和显微结构的影响

将粉煤灰和炭黑按n(Al2O3)∶n(C)=1∶5配料,经球磨混合、造粒后,在10MPa下压制成36mm×10mm的试样,经110℃干燥12h,在高温可控气氛炉内于1350℃流动氮气(流量400mL.min-1)中保温9h进行碳热还原氮化反应,然后对氮化产物进行XRD、SEM和EDAX分析。结果表明:粉煤灰与炭黑混合物的氮化产物是以β-SiAlON为主晶相的粉末,粉煤灰中m(SiO2)/m(Al2O3)比值越高且越接近合成β-SiAlON的理论比值,氮化产物中β-SiAlON和15R的含量就越高,铝的其他化合物的含量就越低;氮化产物中的棒状β-SiA-lON和15R清晰可见且交错分布,球状FeSi合金相弥散分布于其中。

叶蜡石在碳热还原氮化过程中的相变

研究了叶蜡石在不同温度下碳热还原氮化合成SiAlON过程中的相变。SEM、XRD以及EDS分析结果表明 :130 0℃开始氮化形成O’ SiAlON ,14 0 0℃时O’ SiAlON的XRD峰已经很明显 ,14 5 0℃时O’ SiAlON大量生成并在 15 0 0℃时达到最大值 ;14 5 0℃时开始形成β SiAlON(z=2 )和少量SiC ;15 5 0℃时 ,β SiAlON成为主要的氮化产物 ,与少量的O’ SiAlON并存 ;莫来石和方石英直到 15 0 0℃仍然存在 ,15 5 0℃消失。

碳热还原氮化菱镁石和铝矾土合成MgAl_2O_4-SiAlON的物相演变

以菱镁石和煅烧铝矾土为主要原料,焦炭为还原剂,在氮气中采用碳热还原氮化法合成MgAl2O4-SiAlON材料,并利用XRD研究了试样在1350、1400、1500和1600℃下分别保温3h处理后产物的物相变化及配碳量(分别为理论配碳量、过量50%和过量100%)对反应产物的影响。结果表明:(1)不同温度处理后的反应产物均存在MgAl2O4相和SiAlON相,增加配碳量有利于SiAlON相的生成。本试验确定合成MgAl2O4-SiAlON的适宜工艺条件为:氮化温度1500℃,配碳过量50%。(2)配碳过量50%时,在1350和1400℃处理后产物中含有MgAl2O4、α-Al2O3和MgAl2Si4O6N4相,1500℃处理后为MgAl2O4和β-SiAlON,1600℃处理后为MgAl2O4和Mg1.25Si1.25Al2.5O3N3。

溶胶-凝胶法辅助碳热还原氮化反应制备CeN粉末

以柠檬酸(CA)为螯合剂,即以有机物为碳源,通过溶胶-凝胶法辅助碳热还原氮化反应制备了CeN粉末。整个反应过程分为水相过程和热处理过程。水相过程主要是Ce^(3+)和CA的螯合和聚酯,形成稳定的Ce^(3+)-CA螯合物前驱体。通过水相过程实现Ce源与C源在分子水平上的均匀混合。热处理过程包括原位碳化和碳热还原氮化反应两部分。原位碳化过程形成的CeO_(2)/C粉末促进了CeO_(2)和C之间的紧密接触,从而减少Ce源和C源原子的扩散距离,以促进碳热还原氮化过程。

以木屑为碳源制备氮化硅粉体的研究

以木屑为碳源,以硅溶胶浸渍木屑的方法引入Si O2,利用碳热还原氮化反应合成了Si3N4粉体。研究了硅溶胶的Si O2含量、成型压力、反应温度、反应时间和氮气流量等因素对产物相组成和显微结构的影响。试验结果表明:选用w(Si O2)=7.5%的硅溶胶浸渍的松木屑作为试验原料,在反应温度1 450℃、反应时间9 h、氮气流量400 m L·min-1、成型压力10 MPa时,制备的氮化硅粉体具有α-Si3N4含量高、杂相少等特点。

纳米晶氮化铝粉料的制备

采用溶胶-凝胶工艺结合碳热氮化还原法进行纳米晶AlN粉末的制备和表征.以异丙醇铝((C3H7O)3Al)、蔗糖、尿素((NH2)2CO)为原料,通过控制硝酸和水的加入量,制备出透明的溶胶,经浓缩后得到透明的凝胶,干燥后得到分子水平混合的铝源和碳源的前驱体,经裂解、碳热氮化还原法制备出纳米晶AlN粉末.系统研究了C/Al比、添加尿素、碳热氮化还原反应的温度和时间等因素对合成粉料特性的影响,并进一步优化了制备工艺参数.采用XRD、BET等对合成产物的特性进行了分析和表征.通过原料组成、工艺参数的优化,制备出高纯纳米晶AlN粉末,其晶粒尺寸可达23 nm,除碳后比表面积可达70m2/g.

仿生制备多孔氮化硅陶瓷

以松木炭化后形成的多孔木炭为模板,经Y_2O_3/SiO_2混合溶胶浸渍生物碳模板形成Y_2O_3/SiO_2/C复合体,在高压氮气氛下(0.6MPa),1600℃碳热还原氮化制备出生物形态多孔氮化硅陶瓷.借助XRD、SEM研究了烧结助剂、烧结温度、反应时间和烧结气氛对烧结产物显微结构和晶相的影响,探讨了多孔Si_3N_4陶瓷的反应过程和机理.结果表明,多孔Si_3N_4陶瓷是由主晶相β-Si_3N_4和少量晶间玻璃相Y_sSi_4N_4O_(14)组成;多孔Si_3N_4不仅保留了松木的管胞结构,还在孔道中生长出纤维状形貌的β-Si_3N_4颗粒;Si_3N_4的反应烧结过程包括α-Si_3N_4的形成、晶形转变(α-β相变)和晶粒生长三个阶段.在1450℃烧结的机理是气-固和气-气反应机理,在1600℃通过液相烧结的溶解-沉淀机理形成纤维状的多孔Si_3N_4陶瓷.

由煤矸石制备塞隆材料的反应条件研究

以内蒙古煤矸石为主要原料,采用高温还原氮化方法合成塞隆材料,研究了碳含量、煅烧温度以及保温时间对煤矸石碳热还原氮化反应程度和反应产物的影响.通过试样烧失率的计算,以及采用XRD和SEM分析,研究煤矸石在碳热氮化反应过程中得到β′-SiAlON相、X相及O′-SiAlON相的反应条件.研究表明:反应过程中,随着还原剂碳的增加,试样的烧失率逐渐增大,而保温时间对烧失率和反应生成物的影响不大;在煤矸石碳热还原氮化反应中,反应生成物X相均较少,最高只有12.88%,反应条件应为反应温度高于1 420℃,含碳量大于10%;还原剂碳含量和温度对生成β′-SiAlON相、O′-SiAlON相有显著影响,还原剂碳的合适加入量为10%～16%;当反应温度高于1 420℃×6h时,有利于β′-SiAlON相、O′-SiAlON相的生成.在1 420℃、含碳量14%时,生成主晶相β′-SiAlON相占57.21%;在1 350℃,Z=0.4时,碳含量为16%时,生成O′-SiAlON相占23.80%.

煤矸石在高温材料中的应用研究进展

围绕煤矸石在高温材料领域的应用和研究现状,概述了煤矸石的分类、化学组成及主要矿物成分高岭石的结构特征。分析了煤矸石经过氧化和非氧化气氛下的高温煅烧过程和反应机理,可以充分利用煤矸石中Al2O3、SiO2、有机碳三种主要成分合成耐火材料和陶瓷。阐述了煤矸石通过碳热还原氮化反应合成Saloon材料及其Sialon复相材料的研究成果和进展,为煤矸石的综合利用、提高产品附加值和品位提供了一个重要途径和研究方向。

配加铁粉对钒氮合金烧结过程的影响

工业生产中,配加铁粉可大大提高钒氮合金产品的密度。为满足企业改进生产工艺、提升产品质量的需求,以工业V_(2)O_(5)粉、石墨粉和铁粉原料在推板窑中生产的钒氮合金产品为对象,研究了Fe在钒氮合金中的存在形式和对其烧结过程的影响,探讨了Fe的作用机理。结果表明,钒氮合金中Fe以Fe相形式存在,不规则夹杂分布在VN基体相之间;烧结过程中,Fe相在1200℃左右转变为液相,成为碳的一个液相扩散通道,碳热还原氮化反应由固固反应转变成固液反应,导致合金烧结的快速致密化发生;配加铁粉提高了钒氮合金产品致密度和含氮量,并降低其碳含量、氧含量。