煤矸石还原氮化合成O′-Sialon及热力学研究

采用拟抛物面规则评估了O′-Sialon、X相的吉布斯生成自由能，并从热力学上分析了O′-Sialon、β-Sialon、X相的合成过程．研究了以中国山西煤矸石为原料，还原氮化合成O′-Sialon的影响因素，包括还原剂(C或者Si)的用量、氮化温度等；结果表明，以金属Si为主要还原剂时O′-Sialon的合成效果较佳，其相对含量最高可以达到80％左右，提高氮化温度有利于O′-Sialon的合成。     

TiO2／（O′＋β′）-Sialon复相陶瓷的制备与表征

以纳米TiO2粉和（O′＋β′）-SiMon粉为原料、Yb2O3或Tb2O3为添加剂，在高纯N2气氛下采用常压烧结制备出了TiO2／（O′＋β′）-Sialon复相陶瓷。采用XRD对材料进行物相、晶粒度分析，采用SEM＆EPMA对材料进行形貌观察和元素面分布分析。结果表明，随烧结温度的升高和恒温时间的延长，TiO2逐渐由锐钛矿相向金红石相转化，同时晶粒也逐渐长大。Tb2O3和Yb2O3分别对锐钛矿相变有显著的抑制和促进作用，通过控制烧结制度、添加剂种类及含量可得到不同TiO2相组成的TiO2／（O′＋β′）-Sialon。Tb2O3和Yb2O3均对TiO2晶粒生长有抑制作用，在不高于800℃的温度下烧结可得到纳米TiO2／（O′＋β′）-Sialon复相陶瓷。     

Li_2O-Si_3N_4-AlN系统相关系和Li-α′-Sialon的形成

研究了 Li_2O-Si_3N_4-AlN 系统1750℃的等温截面。在 Si_3N_4-Li_2O∶3AlN 连线上,测定了 Li-α′-Sialon 固溶体(Li_(?)Si_(?)Al_(3n)O_nN_(?),2n≤2)区,其稳定范围为2n=0.25～1.50。研究了 Li-α′-Sialon的形成反应和致密化过程。发现在1300～1600℃范围内先生成一个中间相:Li-O′-Sialon,从1600℃才开始并快速地形成 Li-α′-Sialon,1700℃可获得接近理论密度的纯 Li-α′-Silon 相。对 Li-α′-Sialon 的高温稳定性也作了讨论。     

Y_2O_3和TiO_2烧结剂对制备β-Sialon陶瓷烧结性能的影响

以金属Al粉、单质Si粉、α-Al_2O_3微粉为主要原料,高温氮化反应制备β-Sialon陶瓷。通过在反应物中分别添加不同含量的Y_2O_3和TiO_2烧结剂,研究分析和对比了Y~(3+)和Ti~(4+)对β-Sialon陶瓷晶相组成、晶格常数、微观结构及烧结性能的影响。采用SEM及EDS对试样的微观形貌进行观察与分析,利用X'Pert Plus软件分析晶相的晶格常数,采用半定量法计算试样晶相组成。结果表明:Y_2O_3和TiO_2可显著降低高温氮化法制备β-Sialon陶瓷试样中β-Sialon相的生成温度。伴随着Y_2O_3和TiO_2的引入,Al_2O_3在Si3N4中的固溶度提高,β-Sialon晶相的生成量增加,晶格常数和晶胞体积增大,烧结性能得到改善。综合对比分析,Y_2O_3和TiO_2均对制备β-Sialon陶瓷具有良好的促烧结作用,用成本较低的TiO_2代替传统的稀土氧化物作为助烧结剂无压烧结制备β-Sialon陶瓷是可行的。     

保温时间对β-Sialon结合镁铝尖晶石-碳材料的影响及其氧化动力学

以电熔尖晶石、Si粉和鳞片石墨为主要原料,木质磺酸钙溶液(1.25 g/mL)为成型结合剂,在氮气气氛下1450℃分别保温1、2、3和4 h原位生成β-Sialon结合Mg Al_2O_4-C材料,研究了保温时间对材料的物相组成、β-Sialon的显微结构及常规物理性能的影响,并对该复合材料进行氧化动力学研究。结果表明:当保温时间从1 h增加到4 h,试样的物相变化规律基本相同,Si单质相消失,完全转化为SiC、Si_3N_4和β-Sialon(Si_3Al_3O_3N5)。当保温时间为3 h时,生成的β-Sialon(Si3Al3O3N5)为完整圆柱状晶粒,尺寸分布均匀,交错成网络结构。随着保温时间的增加,试样内部产生较多的SiO气体,导致试样的显气孔率增加,体积密度下降,耐压强度和抗折强度先增加后下降,当保温时间为3 h时,耐压强度和抗折强度达到最大。氧化动力学研究表明,氧化过程随着时间的推移分为化学反应控制阶段、化学反应和扩散共同控制阶段及扩散控制三个阶段。     

原位TiN/O′-Sialon复相材料的抗氧化性能研究

采用TG-DTA、XRD和SEM技术研究了氧化温度、TiN含量和气氛氧分压对原位TiN/O′-Sialon复相材料抗氧化性能的影响.结果表明,在800～1000°C的空气中,TiN氧化为TiO2,O′-Sialon不发生氧化,恒温时间足够长,材料转变为原位TiO2/O′-Sialon复相材料,氧化过程遵循对数规律,反应表观活化能为56.1kJ/mol.在1200～1320°C的空气中,TiN和O′-Sialon都发生氧化,材料表面有"保护膜"生成,氧化过程遵循抛物线规律,反应表观活化能为48.8kJ/mol;增加材料中TiN含量会导致材料氧化增重量增加,但也有助于材料表面"保护膜"的形成.提高气氛氧分压,材料的氧化程度加剧.     

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．     

电弧离子镀NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层抗高温氧化性能

采用电弧离子镀技术在镍基高温合金DZ22B表面包覆一层NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层,对比了两种涂层的微观形貌、结构和抗高温氧化性能,并讨论了不同活性元素在氧化中的作用。结果表明:NiCrAlY涂层主要由γ′-Ni3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相组成,而NiCoCrAlYHfSi除上述组成外还形成了NiCoCr合金相,两种涂层热处理期间均发生β-NiAl向γ′-Ni_3Al的转变过程。NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层1 050℃恒温氧化200h的平均氧化速率分别为0.072 3g/(m~2·h)和0.052 7g/(m~2·h)。NiCrAlY氧化初期直接形成α-Al_2O_3、NiCr_2O_4和Cr_2O_3,随后出现裂纹、孔洞等缺陷,氧化物沿孔洞向涂层内部延伸,同时由于基材中的Ti元素发生外扩散,涂层中还形成了TiO_2。NiCoCrAlYHfSi氧化初期形成了亚稳态的θ-Al_2O_3,随后慢慢转变为α-Al_2O_3,氧化物层比NiCrAlY均匀致密,抗高温氧化性能更优异。     

尾矿碳热还原氮化合成Ca-α/β-Sialon复合粉体工艺研究

以金矿尾矿为主要原料,炭黑作还原剂,采用碳热还原氮化法合成了Ca-α/β-Sialon复合粉体。探讨了烧成温度、保温时间及埋粉体系对反应过程的影响,并用X射线衍射仪测定了产物相组成,扫描电子显微镜观察了产物的微观结构。结果表明,烧成温度对Ca-α/β-Sialon复合粉体的合成过程影响显著,在1550℃时各物相相对含量为I(α-Sialon)∶I(β-Sialon)∶I(Fe3Si)=52∶44∶4;较长的保温时间可使还原氮化反应进行得更充分,保温6h的试样中Ca-α-Sialon与β-Sialon相的含量达到了96%;埋焦炭有利于氮气的渗入,利于氮化反应的进行,起到了较好的抑制"失硅"的作用;晶粒形貌多以长柱状和短柱状为主。     

TiO_2/(O′+β′)-Sialon复相陶瓷的化学相容性及光催化性能研究

TiO2/(O′+β′)-Sialon是一全新的复相陶瓷体系。在对其化学相容性进行研究的基础上,以自制(O′+β′)-Sialon粉和纳米锐钛矿型TiO2粉为原料成功制备出了该复相陶瓷,并以其对亚甲基蓝溶液的降解为模型反应对其光催化性能进行了研究。热力学计算表明,标态下,β-′Sialon在任何温度、O-′Sialon在690K以上均可与TiO2发生反应。实验结果表明,O′-Sialon和β-′Sialon与TiO2发生反应的温度在1000℃以上,锐钛矿从920℃开始发生向金红石的相变,通过在不高于1000℃温度下改变烧结制度得到了亚稳态的不同TiO2相组成的TiO2/(O′+β′)-Sialon复相陶瓷。该复相陶瓷具有光催化活性,且光催化效率随材料中TiO2含量的增加而增大。800和900℃烧结的材料具有较高的光催化活性,随烧结温度的升高和恒温时间的延长材料的光催化活性逐渐下降。     

R-α’-Sialon的形成和Si_3N_4AlN-R_2O_3(R=Nd、Sm、Gd、Dy、Er 和 Yb)系统的亚固相关系

实验测定了 Si_3N_4-AlN-R_2O_3(R=Nd、Sm、Gd、Dy、Er 和 Yb)六个系统的亚固相图.在这些系统中,α-Si_3N_4 都同各个0.1R_2O_3∶0.9AlN 分别形成有限固溶体.固溶体界限随着稀土元素原子序数的增加而扩大.β-Si_3N_4同各个 R-α′-Sialon 固溶体在1750℃处平衡。这些亚固相图,对于开发稀土氧化物在新型高温氮陶瓷结构材料中的应用,提供了依据.此外,发现了一个新化合物—Nd_2AlO_3N,它和已报导的 Sm_2AlO_3N 同样具有四方结构.     

5,5′-二硝胺基-3,3′-联-1,2,4-三唑的晶体结构与热性能

制备和培养了5,5′-二硝胺基-3,3′-联-1,2,4-三唑(DNABT)单晶,采用X射线单晶探射仪测定了晶体结构,该晶体属单斜晶系,空间群为P21/n(14),晶体学参数为a=0.5236(6)nm,b=1.7832(7)nm,c=0.6308(7)nm,β=112.48(2)°,V=5.428(106)nm3,z=2,D=1.788g/cm3。采用TG-MS技术研究了DNABT的热性能,在热分解峰温为201℃时检测到m/z=30(NO+)、m/z=28(N2+)、m/z=44(N2O+)、m/z=27(HCN+)等离子峰,在吸热峰温为96.49℃时检测到m/z=47(HNO2+),表明DNABT在失去结晶水的过程中伴随分解过程。     

纳米Fe_2O_3作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能

采用烧结方法制备得到纳米α-Fe_2O_3,利用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对样品进行了表征,研究了纳米α-Fe_2O_3作为液体石蜡添加剂的摩擦磨损性能。结果表明,添加纳米添加剂后,润滑油摩擦系数改变不明显,但磨损率显著降低。磨损率与纳米α-Fe_2O_3添加剂的表面积和添加量密切相关,当纳米材料的表面积为47m~2/g时磨损率最低,磨损率值降低为3.78×10~(-15) m~2/g;添加量为1.0wt%,润滑油磨损率最低。     

工艺参数对淤泥沙合成O′-Sialon-SiC-Fe3Si粉的影响

以天然的可再生资源淤泥沙为主要原料,以固体废弃物金属矿尾矿为调剂料,利用炭黑作还原剂,采用碳热还原氮化法合成了O′-Sialon-SiC-Fe3Si粉。用X射线衍射法测定了产物相组成及相对含量,研究了合成温度和恒温时间对反应过程的影响。结果表明,合成温度对O′-Sialon-SiC-Fe3Si粉体的合成过程影响显著,随着合成温度的升高,产物中O′-Sialon相含量增大,1500℃时O′-Sialon相含量最大,是最佳的合成温度。恒温时间对产物相组成的影响不十分显著,但较长的恒温时间可以使还原氮化反应进行得更充分,恒温6h的试样中O′-Sialon相含量达到了83%,是较理想的恒温时间。合成过程中SiO的挥发导致试样较大的质量损失,且随着合成温度的升高和恒温时间的延长而增大。     

自韧Si_3N_4的显微结构控制及其性能研究

选择等摩尔Y_3O_3—La_2O_3为添加剂,利用自韧技术和热压方法制备Si_3N_4陶瓷,在最佳的工艺条件下,室温断裂韧性和强度分别为11～12.5MPa.m~(1/2)和900～1000MPa;1350℃时为22～24MPa.m~(1/2)和720～780MPa,韦伯模量为18.4～24.5。这些性能居国内领先、国际先进水平。 掌握了工艺参数和添加剂量对显微结构和力学性能的影响规律及显微结构和力学性能的相互关系。确定了获得高性能自韧Si_3N_4陶瓷的最优工艺和成分。分析表明,β-Si_3N_4晶粒的平均直径为1μm、长径比为7.5左右并且均匀分布时,对提高性能有利。 通过致密化、α→β相变和β-Si_3N_4晶体生长过程分析及动力学计算,揭示了β-Si_3N_4晶体在在不同方向上的生长规律。 研究发现裂纹偏转是主要的增韧机制,β-Si_3N_4棒状晶的拔出,裂纹分支和桥接也对K_(IC)值有所贡献。观察到β-Si_3N_4晶粒在[001]方向存在大量的生长台阶和〔210〕方向上的生长螺线。发现了螺线生长机制。晶体生长缺陷如β-Si_3N_4晶粒异常长大、表面微裂纹及晶粒分支等使性能下降。 实验结果表明,自韧Si_3N_4的氧化符合抛物线规律。1350℃、100h后强度保持率为75％,氧化增重为0.64mg/cm~2。氧化后表面生成的粗大方石英、Y_2Si_2O_7及La_2Si_2O_7等导致裂纹而使强度下降。热震后     

纳米Ag包覆Bi_2O_3颗粒的制备及其可见光催化性能评价

本文采用两步合成工艺,通过化学共沉淀工艺制备β-Bi_2O_3纳米颗粒;经室温原位还原硝酸银,制备不同包覆量纳米Ag负载的Bi_2O_3(Ag/β-Bi_2O_3)光催化剂颗粒。对该光催化剂进行结构表征,并以甲基橙溶液模拟废水在可见光下评价其光催化性能。透射电子显微镜(TEM)测试表明纳米Ag均匀包覆于β-Bi_2O_3颗粒表面,其中β-Bi_2O_3聚集体的颗粒尺寸约30nm,而分散的纳米Ag晶体约为20nm。紫外可见光谱(UV-vis)谱图表明Ag/β-Bi_2O_3复合材料的带隙能比纯相Bi_2O_3要小,对可见光利用率相应增加,光催化性能随之增强。其中以2.0%(质量比)Ag包覆β-Bi_2O_3颗粒的光催化性能最佳。     

α/β-Sialon陶瓷材料及其疲劳寿命研究

通过组成设计,以Si₃N₄、AIN、Al₂O₃和Y₂O₃粉末为原料,采用气氛加压烧结工艺,在1800～1980℃,1．0～3、0MPaN₂压力下烧结,制备了α／β-Sialon陶瓷材料,通过XRD,SEM和HREM等分析可见,其材料的显微结构是由棒状的β-Sialon和近似等轴的α-Sialona组成,在晶界存在微量的结晶相和玻璃相．并进一步研究了α／β-Sialon陶瓷材料的疲劳寿命,实验证明,该材料的疲劳极限约为其静态强度的75％．     

TiO2/(O''+β'')-Sialon复相陶瓷的制备与表征

以纳米TiO2粉和(O'+β')-Sialon粉为原料、Yb2O3或Tb2O3为添加剂,在高纯N2气氛下采用常压烧结制备出了TiO2/(O'+β')-Sialon复相陶瓷.采用XRD对材料进行物相、晶粒度分析,采用SEM&EPMA对材料进行形貌观察和元素面分布分析.结果表明,随烧结温度的升高和恒温时间的延长,TiO2逐渐由锐钛矿相向金红石相转化,同时晶粒也逐渐长大.Tb2O3和Yb2O3分别对锐钛矿相变有显著的抑制和促进作用,通过控制烧结制度、添加剂种类及含量可得到不同TiO2相组成的TiO2/(O'+β')-Sialon.Tb2O3和Yb2O3均对TiO2晶粒生长有抑制作用,在不高于800℃的温度下烧结可得到纳米TiO2/(O'+β')-Sialon复相陶瓷.     

Al2O3-SiO2气凝胶的常压制备和性能研究

以六水氯化铝(AlCl_3·6H_2O)、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶法,经老化、常压干燥后,制备出块状乳白色的Al_2O_3-SiO_2气凝胶。气凝胶经过不同温度煅烧处理后,分别进行SEM、TEM、XRD、BET、TG、红外分析等性能分析。结果表明Al_2O_3-SiO_2气凝胶具有良好的热稳定性,SiO_2在气凝胶中以不定形存在,Al_2O_3以针状或长条状的勃姆石(γ-AlOOH)存在,经600～1 000℃煅烧后,转变为γ-Al_2O_3,当煅烧温度达到1 200℃时,Al_2O_3与SiO_2生成了莫来石相,抑制了γ-Al_2O_3向α-Al_2O_3转变。室温下,气凝胶比表面积为692.7 m~2/g,孔洞分布均匀,孔隙率高。随着煅烧温度升高,比表面积、孔容在逐渐减小,孔径稍微增大,当煅烧温度达到1 200℃时,气凝胶比表面积仍有67.3 m~2/g。     

高温氮化法制备z=3的β-Sialon材料

以Al2O3粉、Al粉和Si粉为主要原料,经高温氮化反应制备β-Sialon材料。研究了TiO2烧结助剂、烧结温度和保温时间对制备β-Sialon材料的影响。结果表明,添加TiO2作烧结助剂,在N2气氛中于1500℃保温5h后烧成的试样耐压强度达到76.94MPa、体积密度达到2.86g/cm3;试样以β-Sialon为主晶相,晶粒发育较好,呈棱柱状,直径约为1μm,长度约为2μm,且分布比较均匀,提高了材料的强度。