THERMODYNAMICAL CHARACTERISTICS OF PARTIAL REACTIONS RELATED TO PREPARATION OF SIALON POWDER FROM KAOLIN

Sialon ceramic materials and its main three preparation methods have been outlined, among which preparing sialon powder from Kaolin through the carbothermal reduction and nitridation process is an economical,simple and practical synthesis process.However,the reaction system is complex due to the fact that there exist a lot of influencing factors and several reactions are taking place simutaneously. Partial reactions related to the chemical reaction system of the carbothermal and nitridation process,sialon powder prepared from the purified Kaolin,are analyzed thermodynamically, the systhesis temperature of sialon powder is 1400℃.The theoretical bases used to find the rational process of production are provided.The results prove to be practical.

碳热还原氮化法制备β′-Sialon粉体的热力学过程

本文分析了以天然高岭土为原料，经碳热还原氨化反应制备β′-Sialon粉体过程中出现的化学反应，从热力学角度研究了反应温度及气体分压对产物组成的影响，通过实验结果与热力学分析相结合，寻找出制约反应进行的速度控制步骤，并讨论了获得较高β′-Sialon粉体转化率所需的温度范围．

碳热还原氮化法制备β-Sialon粉体的研究

采用山西大同土为主要原料,利用碳热还原氮化法(CRN)制备了β-Sialon材料,并利用SEM、XRD等检测手段对其进行了检测分析。研究了温度、N2流量、保温时间以及配碳量等因素对制备β-Sialon的影响,采用正交设计的方法确定了反应的最佳工艺参数,并在此基础上讨论了α-Si3N4晶种对生成产物的影响。实验结果表明,烧结温度为1500℃,氮气流量为1 L/min,保温时间为2 h,配碳量为0.8化学计量时可以生成较多的β-Sialon相。SEM微观形貌表明具有一定长径比的β-Sialon柱状晶呈均匀分布。此外,加入3%的晶种α-Si3N4可促使晶粒大小均匀并获得高品质细密结构的粉体。

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。

NH_4F及燃烧温度对燃烧合成长柱状Yb α-Sialon粉体的影响

采用SHS法合成了Yb α-Sialon粉体,采用XRD和SEM分析和研究了添加剂NH_4F及燃烧温度对燃烧合成长柱状Yb α-Sialon相组成和形貌的影响。实验发现,在不同条件下,添加剂NH_4F对燃烧合成长柱状α-Sialon的晶体形貌可以起到抑制和促进两个相反的作用。温度越高,晶体生长速率越大,反应降温越慢,晶体生长时间越长,长柱状晶体生长越完整。燃烧合成得到的长柱状α-Sialon粉体,在室温下,以酒精为介质经过30min以上的超声分散,可以达到较好的分散效果。

SiAlON粉体合成的研究进展

概述了SiAlON材料的组成、结构特点、理化性能和应用领域 。

高岭土碳热还原氮化制备Sialon粉末的反应过程研究

以高岭土为原料,采用碳热还原氮化法合成了Sialon粉末.通过对产物物相组成分析,探讨了合成Sialon粉末的反应过程,并对可能发生的不利于Sialon粉末合成的部分反应进行了热力学分析.研究表明:反应条件对产物组成有显著影响.氮气流量小,产物中有SiC生成;反应温度低、时间短将有莫来石相存在;温度过高或时间太长则产生AlN多型体和Si3N4相;只有足够的氮气流量、适宜的温度和反应时间才有利于Sialon的合成.

利用稀土尾矿合成Ca-α-Sialon陶瓷粉体的工艺研究

以包钢稀土尾矿为主要原料,适量氧化铝粉、氧化钙调整组分,原料经12 mol/L盐酸,80℃下酸洗,利用碳热还原氮化法获得了柱状Ca-α-Sialon相。烧成温度1500℃,保温时间6 h,氮气流量0.8 L/min条件下,生成产物中Ca-α-Sialon相含量最高,晶粒生长状况良好。

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。

高钛渣碳热还原氮化合成TiN/O′-Sialon导电陶瓷粉体

以高钛渣、硅灰和高铝矾土熟料为原料,采用碳热还原氮化法合成TiN/O′-Sialon导电陶瓷粉体。利用XRD、SEM和EDS检测手段研究合成温度及恒温时间对粉体相组成和显微形貌的影响,并探讨合成机理。结果表明：随合成温度的升高和恒温时间的延长,产物中O′-Sialon的含量逐渐增加,并在1 375~1 400℃、恒温7 h时成为产物主晶相,此时产物中还有较多TiN和少量β′-Sialon生成。继续提高温度和延长反应时间,体系气氛的改变导致O′-Sialon迅速向β′-Sialon转化。合成粉体中O′-Sialon晶粒多呈等轴状,粒度约2μm,TiN晶粒为细小粒状。此外,反应体系中还有大量白色β′-Sialon晶须状沉积物生成。

碳热还原氮化高钛渣合成TiN/β′-Sialon导电陶瓷粉体

以高钛渣、高铝矾土熟料、硅灰和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法合成TiN/β′-Sialon导电陶瓷粉体.利用XRD,SEM和EDS检测手段研究了合成温度、恒温时间对反应过程的影响,并探讨了合成机理.结果表明:合成温度、恒温时间对反应过程影响显著.1 400℃恒温2 h时,β′-Sialon含量达最大,是最佳的工艺参数.此时β-′Sialon晶粒多呈长柱状,TiN为细小粒状.合成过程中SiO的挥发导致试样较大的质量损失,且随合成温度升高和恒温时间延长而增大.

ZrN-Sialon复相粉体对Al2O3-C耐火材料性能的影响

采用酚醛树脂为结合剂,板状刚玉、石墨为主要原料,Zr N-Sialon复相粉体为添加剂,制备Al_2O_3-C耐火材料。研究了Zr N-Sialon复相粉体对Al_2O_3-C耐火材料常温物理性能、抗热震性能以及抗氧化性能的影响。结果表明:Zr NSialon复相粉体加入量为9%时,材料的常温耐压强度、常温抗折强度最高,分别为59.93 MPa、18.75 MPa;此时材料的抗热震性能最佳,三次热震试验后强度保持率为79.60%;加入适量的Zr N-Sialon复相粉体可以明显提高材料的抗氧化性能,但加入量过多不利于抗氧化能力提高,Zr N-Sialon的加入量为9%时材料表现出较好的抗氧化能力。

燃烧合成长柱状Yb α-Sialon粉体

研究了各参数对燃烧合成长柱状Ybα-Sialon相组成及形貌的影响。结果表明,不同m,n值对燃烧产物相组成有很大影响。原料中Si3N4,AlN,NH4F的增加有利于Si的氮化,同时,Si3N4和NH4F的增加使α-Sialon晶粒由柱状转变为颗粒状。燃烧合成长柱状α-Sialon的形成过程是α-Sialon首先从Yb-Si-Al-O-N液相中形核析出,然后在适宜的生长条件下择优生长,发育成长柱状晶体。

铝灰合成Sialon复合粉对铁沟浇注料性能的影响

用以铝灰为原料所制得的4种Sialon复合粉分别替换铁沟料原配方中的部分细粉,研究Sialon复合粉对铁沟浇注料性能的影响。结果表明,将合成的Sialon复合粉体用于A12O3-SiC-C质铁沟浇注料,可以显著提高其110℃×24 h和1 450℃×3 h处理后的常温物理性能,使其1 450℃×0.5 h氧化后的常温抗折强度升高,但会使试样的高温抗折强度有所降低。

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。

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。

高岭土碳热还原—氮化法制备β-Sialon粉末的研究

以贵州高岭土及炭黑为原料,用碳热还原—氮化法合成了β-Sialon粉末,研究了混料配比,反应温度和保温时间等工艺参数对反应产物组成的影响,反应物系的物相转变过程,β-Sialon形成的机理。

配料组成和氮气流量对高钛渣合成TiN/β′-sialon粉体的影响

在热力学分析的基础上,以高钛渣为主要原料,采用碳热还原氮化法合成了TiN/β′-sialon导电陶瓷粉体。利用XRD、SEM和EDS检测手段研究了氮气流量、TiO2加入量、配碳量对合成过程的影响,并对最佳工艺参数下的合成粉体进行了表征分析。结果表明:TiO2加入量、氮气流量对合成产物影响显著,基体相β′-sialon与功能相TiN的比例可通过TiO2加入量调节,1400℃、恒温2h、氮气流量400ml/min、等理论值配碳为最佳的工艺参数。此时,产物中主要相组成为β′-sialon和TiN及少量的15R和Al2O3,β′-sialon晶粒多呈长柱状,TiN为细小粒状。

由高岭土合成高纯β－Sialon粉料的探讨

通过以高岭土、活性碳及Ｆｅ（ＮＯ３）３·９Ｈ２Ｏ（少量）催化剂混合物制成小圆饼样品，进行了在氮气（Ｎ２）氛中经碳热还原氮化反应合成高纯β－Ｓｉａｌｏｎ粉料的探索研究。用Ｘ射线物相分析法对反应生成物的物相组成及其相对含量进行测定，分析研究混合原样中碳与高岭土的比例、保温温度、保温时间和样品孔隙率等实验因素对合成产物组分的影响。本文讨论了有关实验条件与产物中物相的关系和β－Ｓｉａｌｏｎ的形成过程。研究结果表明，虽然实验工艺因素对合成产物的影响很复杂，直接影响着生成物中的物相及其相对含量的变化，但得到合成高纯β－Ｓｉａｌｏｎ粉料的最佳条件是可能的。

硅铝凝胶粉结合SiAlON增强A1_2O_3-SiC-C浇注料

以电熔致密刚玉和碳化硅为骨料,硅铝凝胶粉、氮化硅粉、硅粉为细粉,制成SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料,研究了硅铝凝胶粉的加入量分别为1%、3%、5%(质量分数,下同)时对此浇注料的烧结性能、力学性能的影响。结果表明:采用硅铝凝胶粉取代纯铝酸钙水泥作结合剂,可使SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料在经中温、高温热处理后的常温抗折强度及耐压强度较大提高,中温、高温强度提高幅度更大。另外,随着硅铝凝胶粉加入量的增加,浇注料的常温及高温强度呈先增大而后减小的趋势。由X射线衍射和扫描电镜分析结果可知,硅铝凝胶粉的加入既有利于降低βSiAlON的生成温度,又可以减少材料中的低熔物质。分布均匀、发育良好的粒状βSiAlON的形成是SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料较水泥结合浇注料强度高的根本原因。