用Si-Fe反应烧结制备Fe-Si_3N_4-SiC复合材料的性能研究

以FeSi75和SiC为主要原料,直接氮化反应烧结,成功制备了综合性能优异的Fe-Si3N4-SiC复合材料。对硅铁氮化进行了化学热力学计算,并分析了产物的物相组成及显微结构。结果表明,氮化产物有α-Si3N4、β-Si3N4,呈纤维状、柱状;维持一定低氧分压对氮化过程有利;产物中存在大量细分散的硅铁金属间化合物,硅铁不能完全氮化,过多Fe阻碍Si的氮化,Fe以Fe3Si形式存在。

硅铁含量对反应烧结Fe-Si_3N_4-SiC复合材料性能的影响

以碳化硅、氮化硅、硅铁粉为原料,以热固树脂为结合剂,用1 000 t压砖机机压成型制备了硅铁质量分数分别为0、6%、9%、12%和15%的Fe-Si3N4-SiC试样,研究了硅铁含量对Fe-Si3N4-SiC材料性能的影响。结果表明,经1 300℃氮气气氛下保温8 h制备得到Fe-Si3N4-SiC复合材料,其常温耐压强度和高温抗折强度均优于Si3N4-SiC材料。当硅铁质量分数为12%时,Fe-Si3N4-SiC材料综合性能最佳,而当硅铁质量分数为15%时,Fe的催化作用下降,硅铁合金的氮化程度降低,材料性能下降。

质子化g-C3N4/β-SiC复合材料的制备及光催化降解茜素红性能

分别采用热解法和溶胶-凝胶-碳热还原法合成了石墨相氮化碳(g-C3N4)和纳米级碳化硅(β-Si C),通过浸渍-热处理法将两者复合并通过浓盐酸质子化,分别制备了g-C3N4/β-Si C和质子化g-C3N4/β-Si C(P-g-C3N4/β-Si C)复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和光致发光光谱(PL)等对样品进行了表征.结果表明,P-g-C3N4/β-Si C复合材料的比表面积增大,光生电子-空穴对的复合几率降低,光催化性能明显提高.在光催化降解染料茜素红(ARS)研究中,样品的可见光催化活性顺序为P-g-C3N4/β-Si C>g-C3N4/β-Si C>P-g-C3N4>g-C3N4>β-Si C.其中P-g-C3N4/β-Si C在60 min内对ARS的降解效率高达99.9%,符合准一阶动力学模型,速率常数为0.0967 min-1,且循环使用9次后,光催化降解效率仍保持97.5%以上.

Si_3N_(4p)-SiC_w/MoSi_2复合材料的强韧化效果与机制

通过显微组织观察和力学性能测试,对SiC晶须和Si3N4颗粒复合强韧化MoSi2的效果及其作用机制进行了初步研究和探讨。结果表明:复合材料中的SiC晶须和Si3N4颗粒的加入可大幅提高其抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度;弥散强化和细晶强化是复合材料强度提高的主要机制,抗弯强度达到427 MPa;通过晶粒细化、裂纹偏转和分叉等机制的综合作用使复合材料增韧,室温断裂韧度达到10.4 MPa.m1/2。

空气气氛中烧成Si_3N_4-SiC复合材料的性能、相组成和显微结构

以氮化硅细粉(粒度<0.088mm,w(βSi3N4)>95%)、碳化硅(w(SiC)>98%,粒度分别为2.8～0.9mm、0.9～0.15mm、<0.115mm和<0.063mm四级)、硅粉(粒度<0.045mm,w(Si)>98%)和硅灰(w(SiO2)=98.3%)为原料,以木质素磺酸钙水溶液作成型结合剂,采用150MPa的压力成型为65mm×114mm×230mm的Si3N4-SiC、Si3N4-SiC-Si和Si3N4-SiC-SiO2三种试样。在空气气氛中,以50℃·h-1的升温速度升至800℃保温4h,再升至1450℃保温2h,自然冷却至室温后,测定烧成后试样的常温耐压强度、常温抗折强度、1400℃下的高温抗折强度、显气孔率、体积密度和残氮率,并采用XRD、SEM和EPMA等手段分析烧后试样的相组成和显微结构。结果表明:3种试样在空气气氛中烧成后的高温(1400℃)和常温抗折强度都比较高,显气孔率都比较低,而耐压强度则以Si3N4-SiC试样的最高;烧成后试样中心区域的残氮率以Si3N4-SiC-Si试样的最高,Si3N4-SiC-SiO2试样的次之,Si3N4-SiC试样的最小;在空气气氛中烧成后,Si3N4-SiC试样中的Si3N4分解较多,SiC-Si3N4-Si试样的表面和内部都明显含有单质Si,SiC-Si3N4-SiO2试样表面区域的SiNO晶体发育很好,而内部区域的晶体发育较小。

氮化制度对Si_3N_4-SiC复合材料性能的影响

详细地研究了氮化制度对Si3 N4-SiC复合材料性能的影响 ,研究结果表明 :经过单一的氮化高峰反应后 ,材料的力学性能、物相和显微结构均较差 ,而经过 2个连续的氮化高峰的反应烧结能够得到较好的力学性能、物相和显微结构 ,继续通过高温后处理 ,复合材料的性能随反应时间的延长逐步提高。

Si加入量对Si_3N_4-SiC复合材料性能的影响

固定其他组分配比不变,仅改变配方中Si粉加入量即Si粉从10％增加到60％,经过准静态氮化法反应烧结制得Si3N4——SiC复合材料,并对其进行力学性能、XRD和SEM检测,实验结果显示:随着Si加入量的增加,复合材料的强度逐渐增大,而密度却呈现减小趋势,生成的Si3N4-中β-Si3N4含量增加,形成的网络结构的致密度也相应增大,但β-Si3N4晶粒减小。

Al_2O_3-Si_3N_4-SiC复合材料的抗高炉渣和碱蒸气侵蚀性能

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在空气气氛下制备试样。采用静态坩埚法测试试样的抗渣和抗碱侵蚀性能。采用XRD、SEM和EDS等检测方法,研究了高炉渣和碱蒸气对试样的侵蚀机制。结果表明:(1)A l2O3-Si3N4-SiC复合材料的抗炉渣侵蚀性较好,抗碱侵蚀性较差。渣侵蚀主要是由于基质中的A l2O3与渣中的SiO2、CaO反应生成低熔点玻璃相,导致渣在试样内部渗透并反应;刚玉颗粒与渣中的MgO反应生成镁铝尖晶石,并伴随有体积膨胀,使其表层结构疏松。(2)碱蒸气侵蚀主要是K(g)在试样内扩散得比较深,并与基质中的A l2O3反应生成钾长石类矿物晶体;而刚玉颗粒与K(g)反应,导致刚玉颗粒内部产生大量裂缝,K(g)沿裂缝进入并与刚玉反应生成β-A l2O3,使刚玉颗粒表面剥落,露出新的表面与K(g)反应,最终导致刚玉颗粒的熔蚀。但复合材料中SiC质量分数大于10%时,能有效抵制K(g)的侵蚀。

g-C3N4-BiOBr复合材料制备及可见光催化性能

利用原位沉积法将Bi OBr纳米片生长到g-C_3N_4表面,制得g-C_3N_4-Bi OBr p-n型异质结复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)和荧光光谱(PL)等测试对光催化剂结构和性能进行表征。通过可见光辐照降解甲基橙水溶液检测评估复合光催化剂光催化活性。研究结果表明:复合光催化剂由Bi OBr和g-C_3N_4两相组成,Bi OBr纳米片在片状g-C_3N_4表面快速形核生长形成面-面复合结构。相比于纯相g-C_3N_4和Bi OBr,g-C_3N_4-Bi OBr复合材料具有更强可见光吸收能力,吸收带边红移。在可见光辐照100 min后,性能最佳的2:8 gC_3N_4-Bi OBr复合光催化剂光催化活性分别是纯相g-C_3N_4和Bi OBr的1.8和1.2倍,经过4次循环实验后,其降解率仍达84%,说明复合结构光催化剂催化性能和稳定性增强。复合光催化剂的荧光强度显著降低,说明光生载流子复合得到了有效抑制。复合光催化剂催化性能的提高归因于p-n型异质结促进电荷有效分离、抑制电子-空穴复合和吸收光波长范围的扩展,相比单一成分材料具有更好的催化活性和稳定性。自由基捕获实验证明,可见光降解甲基橙光催化过程中的主要活性成分为空穴,并据此提出了可能的光催化机理。

高性能透波Si_3N_4-BN基陶瓷复合材料的研究

采用气氛压力烧结工艺 (GPS)研制出了高性能透波Si3 N4-BN基陶瓷复合材料。研究了BN含量对复合材料力学和介电性能的影响规律 ,分析了该材料的显微结构特点。实验结果表明 :含有 30 %BN的Si3 N4-BN复合材料 ,其室温抗弯强度 (σRT)为 16 0MPa ,弹性模量 (E)为 99GPa ,介电常数 (ε)为 4 0左右。

RGO/C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

通过半封闭一步热裂解法和改进的Hummers法分别制备了类石墨氮化碳(C3N4)和氧化石墨烯(GO),再利用光还原方法制得还原氧化石墨烯/氮化碳(RGO/C3N4)复合材料。采用X射线衍射(XRD),场发射扫描电镜(FESEM),X射线光电子能谱(XPS),紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS),光致荧光(PL)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试技术对复合材料进行表征。以罗丹明B(RhB)为探针分子在可见光下考察RGO/C3N4复合材料的光催化活性,结果表明:RGO的引入显著提高了C3N4的光催化活性,且6.0%RGO/C3N4复合物的光催化活性最高,可能的原因是RGO具有优良的接受和传导电子性能,抑制了C3N4光生电子-空穴的复合机率,进而提高了光催化活性。

g-C3N4/ZnO复合材料的制备、表征及可见光催化性能

以一步法原位合成了g-C3N4/ZnO异质结复合材料,评价其在可见光下降解亚甲基蓝（MB）的光催化活性,并探讨了g-C3N4/ZnO的光催化机制。运用XRD、FTIR、SEM和UV-Vis DRS对所合成的复合材料进行表征。结果表明,经复合后g-C3N4和ZnO紧密结合,构建了异质结,提高了光生电子空穴的分离效率,并且在可见光区表现出较强的光响应性;当g-C3N4的质量分数为19%时,复合材料g-C3N4/ZnO降解MB的反应速率常数为0.020 6 min-1,是纯g-C3N4的3.8倍。催化剂重复使用5次,仍保持较高的光催化活性。

无压浸渗制备Si_3N_4/Al复合材料的界面反应研究

研究S i3N4多孔预制体的表面氧化程度对无压浸渗制备S i3N4/A l复合材料界面反应以及复合材料性能的影响是复合材料优化设计的基础。不同氧化程度的S i3N4多孔预制体在相同的浸渗工艺下无压浸渗制得S i3N4/A l复合材料,利用EDS,XRD和洛氏硬度计分别测定陶瓷多孔预制体的成份,复合材料的相组成和硬度。结果表明:S i3N4/A l复合材料组成相包括A l,S i3N4,A lN以及少量的S i,Mg2S i,MgO,MgA l2O4;随着氧化程度增加,复合材料内A lN相减少,MgO含量增加,并逐渐出现MgA l2O4相;复合材料的硬度随预制体的氧化程度增加而线性下降;预制体的氧化造成S i3N4和A l之间的反应减弱是硬度下降的重要原因。

MoS_2/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

首先在N-甲基吡咯烷酮溶液中超声剥离得到少层的MoS_2,将其与石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合,制得MoS_2/g-C_3N_4复合材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),傅里叶变换红外光谱(FTIR),Raman光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)和光致荧光(PL)技术对复合材料进行表征。可见光下考察MoS_2/g-C_3N_4复合材料光催化降解罗丹明B(Rh B)的活性,结果表明:将少量MoS_2与g-C_3N_4复合可明显提高光催化活性,且1%(w/w)MoS_2/g-C_3N_4复合物的光催化活性最高,可能的原因是MoS_2和g-C_3N_4匹配的能带结构,增大了界面间电荷的传输,降低了光生电子-空穴的复合,进而提高了光催化活性。

放电等离子快速烧结SiC晶须增强Si_3N_4BN层状复合材料

采用放电等离子烧结技术(SPS)快速烧结了SiC晶须增强的Si3N4/BN层状复合材料.利用SPS技术,在烧结温度为1650℃、保温15min的条件下,材料的密度可达3.18g/cm3,抗弯强度高达600MPa,断裂功达到3500J/m2.研究表明:特殊的层状结构、SiC晶须的拔出与折断是材料断裂功提高的主要原因.X射线衍射及扫描电子显微镜研究表明:α-Si3N4已经在短短的烧结过程中全部转变成长柱状的β-Si3N4,并且长柱状的β-Si3N4和SiC晶须具有明显的织构.

无压浸渗制备Si_3N_4/Al复合材料的反应浸渗机理

采用"中断浸渗"方法获得保留了"浸渗前沿"的样品,应用扫描电子显微镜和X射线能谱分析了浸渗界面上的形貌和成分变化,深入讨论了浸渗界面推进过程中的物理、化学反应过程。采用扫描电镜等微观分析手段观察了复合材料显微形貌,探讨了界面反应机理。研究结果表明:浸渗界面推进过程中熔体中的Mg富集在浸渗前沿的预制体上,并与预制体发生反应;Al/Si3N4界面反应产物AlN相形成"楔形"向Si3N4单元心部推进,细观上呈现含毛细通道的胞状辐射形貌,大量毛细通道确保了Al和Si3N4之间的置换反应持续进行;Al与Si3N4的置换反应产物Si绝大部分溶解在铝镁合金熔体中。

无压浸渗制备Si_3N_4/AlN-Al复合材料的力学性能

采用优化的无压浸渗制备工艺(氮气气氛,950℃下浸渗4h)制备具有不同陶瓷含量的Si3N4/AlN-Al复合材料,分析了复合材料力学性能随陶瓷含量变化的规律以及复合材料的断裂特征。结果表明,随着Si3N4多孔预制体陶瓷体积分数从30.2%增加到60.6%,无压浸渗制得的复合材料单轴压缩强度从620MPa增加到1728MPa,抗弯强度从429.8MPa增加到672.4MPa,硬度(HRA)从55增加到83,而断裂韧度则从10.55MPa.m1/2下降到2.26MPa.m1/2;SiN/AlN-Al复合材料内的裂纹主要在"残留的粗大SiN颗粒"、"疏松区"和"粗大的MgSi相"3种区域萌生。

浸渍-热聚合法制备g-C_3N_4/高岭土复合材料及其性能

以高岭土为载体、双氰胺为g-C_3N_4前驱体,采用液相浸渍联合热聚合工艺制备出一种可见光响应的高岭土基复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、静态氮吸附仪(BET)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段对复合材料的晶相、孔结构、界面特性和光学性能进行了表征,并以罗丹明B作为目标污染物考察了不同催化剂的可见光光催化活性。结果表明,当高岭土和双氰胺的质量配比为2∶4,即g-C_3N_4的实际负载量为38.82%时,所制备的g-C_3N_4/高岭土复合材料光催化性较优,其光催化速率是纯g-C_3N_4的4.18倍;高岭石与g-C_3N_4紧密结合,该复合结构能够有效地抑制光生载流子的复合,改善纯g-C_3N_4材料的吸附性能与光催化活性。

h-BN/Si_3N_4陶瓷复合材料的断裂行为及断裂韧性

以亚微米级α-Si3N4和h-BN粉末为原料,Y2O3-Al2O3为助烧剂,采用热压烧结制备了h-BN/Si3N4陶瓷复合材料.研究3h-BN含量对h-BN/Si3N4陶瓷复合材料断裂韧性及其断裂行为的影响.结果表明:随着h-BN含量增加,柱状β-Si3N4晶粒的直径和长径比均下降;未加h-BN时,β-Si3N4陶瓷以沿晶断裂为主,添加体积含量为6%和8%的h-BN后,复合材料出现明显的沿晶和穿晶断裂,而添加10%h-BN的陶瓷复合材料则以沿晶断裂为主.随着h-BN含量增加,h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的断裂韧性下降,但由于h-BN颗粒对裂纹扩展的影响,因而其下降程度不大.

CVI制备C/Si_3N_4复合材料及其表征

以SICl4-NH3-H2为反应体系,采用化学气相渗透法CVI)制备C/Si3N4复合材料.渗透产物的能谱和X射线衍射表明渗透产物为非晶态Si3N4,经1350℃真空热处理后,产物仍然为非晶态Si3N4;经1450℃真空热处理后,产物已经发生晶型转变,由非晶态转变为晶态的α-Si3N4和β-Si3N4.渗透温度、渗透时间、气体流量对试样致密化、增重及微观结构的影响研究表明渗透温度为900℃、SiCl4流量为30mL/min、H2流量为100mL/min、NH3流量为80mL/min、渗透时间120h、系统压力1000Pa时,气体渗透进入碳布预制体后,在预制体内反应均匀,制备的复合材料较均匀.