煅烧温度对低品位黏土物相和结构的影响

利用DSC-TG、XRD、IR、Raman和NMR等测试手段，研究了不同煅烧温度(650、700、750、800、850℃)下低品位黏土物相和结构的变化。结果表明：低品位黏土主要由高结晶度的石英组成，并含有少量晶化程度较低的多硅白云母、高岭石、伊利石、方解石、黄铁矿和微斜长石。650～850℃高温煅烧后，高岭石和伊利石分解为非晶的SiO₂和Al₂O₃,部分石英转变为无定形的SiO₂;低品位黏土矿物中的吸附水和结构水分解，铝氧八面体逐渐转变为铝氧四面体，石英中Si—O—Si的近程有序结构也受到了一定程度的破坏。     

复合添加剂对熔融石英陶瓷析晶的影响

以粒径≤0.10 mm的熔融石英粉为主要原料,分别添加相对于熔融石英粉质量1%、2%、3%的复合添加剂B4C-Yb2O3(B4C与Yb2O3的质量比为1:1)或Si3N4-Nd2O3(Si3N4与Nd2O3的质量比为1:1),以聚乙烯醇为结合剂,经搅拌、成型、干燥后,分别于1300、1350和1400℃埋炭(石墨)保温1 h热处理,然后在常温～1200℃对烧后试样进行热膨胀试验,并对其进行XRD分析,以研究复合添加剂B4C-Yb2O3和Si3N4-Nd2O3对熔融石英陶瓷在热处理过程中析晶的影响。结果表明:添加B4C-Yb2O3或Si3N4-Nd2O3对熔融石英热处理过程中的析晶均有不同程度的抑制作用,且B4C-Yb2O3抑制熔融石英析晶的效果比Si3N4-Nd2O3的更好,尤其是在较高的热处理温度下。     

Influence of Temperature on Microstructure and Mechanical Property of Si-B-O-N Ceramics Fabricated by in-situ Reaction Method

为满足新型透波陶瓷工程应用需要,利用硼酸脱水得到的氧化硼与氮化硅在 1400～1800 ℃原位反应制备 Si–B–O–N 陶瓷。借助 X 射线衍射仪、X 射线光电子能谱仪、Fourier 变换红外光谱分析仪和扫描电子显微镜研究了热处理温度对 Si–B–O–N 陶瓷物相组成、结构及力学性能的影响。结果表明：氧化硼和氮化硅的原位反应在 1600 ℃以上完成,所得产物为氮化硼和掺杂硼、氮元素的石英玻璃,其体积分数分别为 30%和 70%;原位反应结束后,随温度提高,氮化硼生长速率逐渐加快,晶粒尺寸由纳米级逐渐长大为亚微米级,非晶相中硼、氮元素含量逐渐降低;受氮化硼纳米晶强化作用以及非晶相结构影响,在 1700 ℃获得的 Si–B–O–N 陶瓷力学性能较好。     

放电等离子烧结Si3N4/Al2O3纳米复相陶瓷的增韧机理

用放电等离子烧结制备了Si3N4/A12O3纳米复相陶瓷.在1 450℃,当Si3N4质量分数为10%时,Si3N4/A12O3纳米复相陶瓷的韧性达到5.261MPa·m1/2,与纯Al2O3的断裂韧性4.014MPa·m1/2相比提高了31.1%.X射线衍射分析表明在高温烧结形成了sailon相.扫描电镜显微分析显示复相陶瓷具有晶内/晶界混合型结构,增韧机制主要为微裂纹增韧和残余应力增韧.     

Al2O3含量对PbO-CaO-B2O3-SiO2系玻璃析晶行为与烧结性能的影响

PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体是耐高过载低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷带的主要组成部分。玻璃粉体的析晶行为影响烧结性能,进而决定基板的使用性能。本文研究了Al₂O₃含量对PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃析晶行为与烧结性能的影响。结果表明:向PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃中引入Al₂O₃可抑制玻璃析晶,防止高膨胀晶相的析出,并提高玻璃烧结密度;不含Al₂O₃的PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃粉体析晶峰温度为862 ℃,烧结过程中析出方石英晶相,20~200 ℃的平均线膨胀系数高达260.8×10^-7 ℃^-1;引入2.1%(质量分数)Al₂O₃可显著抑制玻璃析晶,700 ℃烧结后膨胀系数降低至72.9×10^-7 ℃^-1,介电常数显著增大,由6.30提高至7.02。     

CaO含量对镧硼硅酸盐玻璃陶瓷晶相和化学稳定性的影响

采用熔融冷却法制备了Na₂O-CaO-La₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃,经热处理获得了硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、产品一致性试验(PCT)法等方法探究了CaO取代SiO₂对该硼硅酸盐玻璃陶瓷物相、微观结构和化学稳定性的影响规律。结果显示:随着CaO含量增加,硅酸盐氧基磷灰石晶相衍射峰增强,其他晶相的衍射峰减弱直至消失,当CaO摩尔分数为15%时获得只含CaLa₄(SiO₄)₃O晶相的玻璃陶瓷样品;CaO含量会对玻璃陶瓷的晶相种类和晶体形状、大小、分布产生影响,CaO含量变化会造成陶瓷相晶体发生团簇和长大;采用PCT法浸泡28 d后,所有样品关于Si、Ca、La三种元素的归一化浸出率(g·m^-2·d^-1)均保持在10^-3数量级以下,表明其具有优异的化学稳定性,且CaO摩尔分数为15%的玻璃陶瓷样品化学稳定性最优异。研究结果表明,硅酸盐氧基磷灰石硼硅酸盐玻璃陶瓷是固化富La和某些锕系元素高放废物的潜在基材。     

花岗岩锯泥和大理石废石粉制备发泡陶瓷

为实现“双碳”目标，推动大宗固废的资源化利用，开发探究多种固废协同制备发泡陶瓷材料的方法理论，以花岗岩锯泥和大理石废石粉为主要原料，SiC为发泡剂，通过高温烧结制备高闭气孔率的发泡陶瓷，研究原材料配比、烧结温度以及发泡剂掺量对发泡陶瓷的孔结构及性能的影响。结果表明，大理石废石粉中的CaCO₃在高温下分解出的CaO是有效的助熔剂，能够破坏Si—O键，降低液相的黏度，促进发泡。同时CaO能够与SiO₂反应生成硅灰石，提高材料的机械强度。在烧结温度为1 130℃、大理石废石粉质量掺量为10%、SiC质量掺量为1.0%时，制备的发泡陶瓷孔结构均匀，综合性能最佳，闭口气孔率为79.16%,体积密度为583.42 kg/m³,抗压强度为3.86 MPa,吸水率为0.40%。本研究为花岗岩锯泥和大理石废石粉回收利用制备发泡陶瓷提供了理论基础。     

氟化钙对常压烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构与性能的影响

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,CaF2–Al2O3–Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的Si3N4/BN复相陶瓷。研究了CaF2添加量对Si3N4/BN复相陶瓷材料力学性能的影响,并通过X射线衍射和场发射扫描电镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微组织。结果表明：随着CaF2添加量增加,制备的Si3N4/BN复相陶瓷材料气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。添加量为2%（质量分数）时,Si3N4/BN复相陶瓷的室温抗弯强度达145.5MPa。添加适量的CaF2可在Si3N4/BN复相陶瓷材料常压烧结过程中较大程度地破坏h-BN的卡片房式结构,将微米级的h-BN颗粒变成纳米级颗粒。     

放电等离子烧结Si3N4陶瓷

本文用放电等离子烧结法制备Si3N4陶瓷,通过排水法测定密度,X射线衍射法测定物相变化,透射电镜进行微观形貌的观察。发现在烧结过程中,当高于1450℃时MgO—CeO2与氮化硅粉末表面的SiO2反应形成硅酸盐液相,促进烧结致密化,冷却后形成玻璃相留在品界,氮化硅的致密化在1500℃接近完成,但高于1550℃时,出现MgO自析晶,微观形貌为相互交织的等轴状的α—Si3N4和柱状的β—Si3N4晶粒。     

SiO2含量对钛矿渣微晶玻璃晶化行为的影响

以钛矿渣为主要原料,采用熔融法制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃,通过综合热分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了SiO₂含量对钛矿渣微晶玻璃的基础玻璃稳定性及晶化行为的影响。结果显示:以原渣制备微晶玻璃时,其基础玻璃结构不稳定,易析出钙钛矿晶体,随着SiO₂含量的增加,基础玻璃趋于稳定,析晶温度上升,热处理后析晶程度更高,显微结构更加致密,因而强度更高。通过加入辅助原料石英粉来调节SiO₂含量,当SiO₂含量为40%(质量分数)时,可以制备出具有稳定玻璃体、晶相仅为透辉石、抗弯强度为82.1 MPa的微晶玻璃,其钛矿渣掺量在80%(质量分数)以上,具有重要的经济与社会效应。     

铁精粉还原炉用Si3N4（Sialon）/SiC材料在H2O—H2—N2气氛中热力学计算分析

根据热力学原理对Si—C—N—H—O五元系统进行了平衡状态下的相稳定性计算,绘制了在1 073 K和1 223 K下的SiC、Si₃N₄、Si₂N₂O和SiO₂4个稳定相的稳定性与N₂分压和H₂O分压的关系图,即优势区域图,分析了其凝聚相的稳定区域。同时结合SEM显微结构分析氢气还原炉中Si₃N₄/SiC和Sialon/SiC制品抗H₂O—H₂—N₂气氛的侵蚀性能。     

Crystallization Behavior of Amorphous Silicon Carbonitride Ceramics Derived from Organometallic Precursors

The crystallization behavior of organometallic-precursor-derived amorphous Si-C-N ceramics was investigated under N₂ atmosphere using X-ray diffractometry (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and solid-state ²⁹Si nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Amorphous Si-C-N ceramics with a C/Si atomic ratio in the range of 0.34–1.13 were prepared using polycarbosilane-polysilazane blends, single-source polysilazanes, and single-source polysilylcarbodiimides. The XRD study indicated that the crystallization temperature of Si₃N₄ increased consistently with the C/Si atomic ratio and reached 1500°C at C/Si atomic ratios ranging from 0.53 to 1.13. This temperature was 300°C higher than that of the carbon-free amorphous Si-N material. In contrast, the SiC crystallization temperature showed no clear relation with the C/Si atomic ratio. The TEM and NMR analyses revealed that the crystallization of amorphous Si-C-N was governed by carbon content, chemical homogeneity, and molecular structure of the amorphous Si-C-N network.     

Composition dependent structure and elasticity of lithium silicate glasses: Effect of ZrO2 additive and the combination of alkali silicate glasses

The elasticity and structure of lithium silicate glasses Li₂O·3SiO₂, Li₂O·2SiO₂, and Li₂O·2SiO₂·0.135ZrO₂ were studied at ambient conditions, using both Raman and Brillouin spectroscopies. The conventional nucleating agent, i.e., Zr⁴⁺ caused a more polymerized silicate network, amorphous phase separation before crystallization, and a significant drop in shear, Young's and bulk moduli, though Raman spectra have revealed that the partial substitution of Zr for Si occurred chiefly in the less polymerized Q² species. The compiled data of alkali silicate glasses M₂O–SiO₂ (M = Li, Na, K) showed that each glass displays different M₂O concentrations for getting minimum bulk modulus due to difference in field strength of cations, depolymerization of silicate network, and coordination number of cations. The specific M₂O concentrations for such minima increase with increasing cation size. Different composition dependences of elastic moduli for the glasses having same constituents can be ascribed to different mechanisms for compression and shear deformation.     

液态聚硼硅氮烷的陶瓷化过程

采用Fourier红外光谱、热重–差热以及X射线衍射分析对新型液态SiBNC先驱体进行了结构表征,重点研究了先驱体的陶瓷化过程。结果表明：先驱体以—CH3和—CH=CH2为侧链基团,含有C—H、C=C、Si—H、B—N、N—H、Si—N等化学键;N2气氛保护下的陶瓷产率约为85%,质量损失主要发生在300～800℃;随着温度的升高,聚合物中有机基团逐渐减少,900℃完成无机化转变,得到含有自由碳的非晶态SiBNC陶瓷,1200℃以上非晶态SiBNC陶瓷开始晶化,1500℃得到由C、SiC、Si3N4和BN组成的复相陶瓷。     

硼掺杂二氧化硅杂化膜的制备及渗透汽化脱盐性能

以1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和硼酸为前体,通过溶胶-凝胶法制备了硼掺杂的二氧化硅（B-BTESE-SiO₂）杂化膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、SEM等系列表征手段对合成溶胶及膜的结构和形貌进行了分析,结果表明：硼元素成功掺杂进入SiO₂骨架中,形成了水热稳定的B—O—Si键,能明显影响膜表面的微观结构、亲疏水性、膜孔径大小从而提高膜的脱盐性能和稳定性。当溶胶中的H₃BO₃/BTESE比为0.25时所优化制备SiO₂膜的亲水性最强,脱盐过程中活化能最低,传质阻力最小,膜孔径约为0.61 nm,故表现出最佳的脱盐性能。在60℃以3.5%（质量） NaCl溶液为进料液时,该膜的水通量高达16.5 kg·m^-2·h^-1,盐截留率近乎100%,并且表现出优异的长时间稳定性（>168 h）和高浓度盐水溶液[4.2%~15.0%（质量） NaCl]脱盐性能,在海水淡化和高盐废水处理等领域具有潜在的应用前景。     

Aluminum-Containing Nilrogen Melilite Phases

A significant solubility of Al in N-melilite phases (M) has been observed, and this results in the formation of a melilite solid solution (M'_ss) of general formula Ln₂Si_{3 − x} Al _x O_{3 + x} N_{4 − x} (Ln = rare earth). Up to one Si can be replaced by Al without change of structure, and the M'solid solution terminates at Ln₂Si₂AlO₄N₃ in samarium SiAlON systems. M'_ss may appear as an intermediate phase during the sintering of SiAlONs, and its melting temperature is critical to the densification of the materials. For example, samarium M'_ss melts at a temperature lower than neodymium M'_ss, and as a result, samarium oxide shows better densification behavior in the preparation of α-SiAION ceramics than does neodymium oxide. Devitrification of M'_ss from an amorphous grain boundary phase occurs above 1500°C during post heat-treatment. The M'_ss is refractory and may offer better oxidation resistance than N-melilite because of the replacement of Al─O for Si─N in the structure. Therefore M'_ss, is considered to be a most desirable grain boundary phase for α and α–β SiAlON ceramics.     

二氧化硅掺杂钛酸锶钡陶瓷的介电性能与电卡效应

采用传统的固相反应法制备二氧化硅（SiO₂）掺杂钛酸锶钡（Ba_0.65Sr_0.35TiO₃,BST）陶瓷（BST+x%SiO₂）,研究了掺杂二氧化硅对BST陶瓷的物相、微观形貌、介电性能及电卡效应的影响。结果表明：掺杂二氧化硅并未改变BST陶瓷的晶型结构,但有助于提升晶粒的均匀性和材料介电性能频率的稳定性。随着二氧化硅掺杂量增加,BST陶瓷的介电常数呈现单调递减趋势,介电弥散特性逐渐增强。二氧化硅的掺杂有利于提升BST陶瓷的电卡性能,其中BST+3%SiO₂陶瓷具有最优的电卡效应,在30 ℃下可获得最大电卡绝热温变（ΔT_max）,ΔT_max和ΔT_max/ΔE分别为1.6 ℃、8.00×10 ^-7 ℃·m/V,电卡效应半峰宽（T_span）为10 ℃左右。     

液态聚硅氧烷交联-成型-热解制备复杂形状硅氧碳陶瓷

采用液相法,以含氢聚硅氧烷和乙烯基环四硅氧烷为前驱体,经注模、交联和热解制备出净成型的硅氧碳陶瓷体,研究了该体系的成型、交联和热解行为,以及高温热解过程中陶瓷结构和组成的转变。研究表明：该体系有很好的成型能力,以不同材质和形状的模具均可成型,经热解可制备出各种形状和尺寸的硅氧碳陶瓷材料;交联体在整个热解过程中均保持完整,可获得不同温度（400～1 000 ℃ ）的无开裂的热解体;硅氧碳陶瓷在高温热解过程中通过 Si—O 和 Si—C 键重排由无定形的 Si—O—C 网络转化为含 SiC 和 SiO2纳米晶的陶瓷结构     

Study of ionic adsorption on EOS structures by combining electroreflectance, photocurrent and capacitance measurements

The Si/modified SiO₂/electrolyte structure is a very simple tool for studying ionic adsorption at the modified SiO₂/electrolyte interface, where ionic response of ISFET sensors (Ion Sensitive Field Effect Transistor) originates. This paper presents a study of H⁺ adsorption on Si/SiO₂ and Si/alkyl grafted SiO₂/electrolyte structures by one electrical method—capacitance measurements—and two electro-optical methods—electroreflectance and photocurrent measurements. The pH responses obtained by the three techniques are similar: about 27 mV per pH unit for bare SiO₂ and about 12 mV per pH unit for C17 grafted SiO₂. The electro-optical methods afford the advantage of allowing localized measurements, thus obtaining the topography of the surface.     

ZnO·Al2O3·nSiO2玻璃抗裂纹萌生能力反常演化的结构起源探索

为探究ZnO·Al₂O₃·nSiO₂玻璃抗裂纹萌生能力(C_R)随SiO₂含量变化的演化规律,制备了一系列不同n值(n=2,2.35,2.5,2.65,3,3.5)的样品。基于C_R和结构表征发现,C_R随着n的增加呈先增大后减小的反常演化,并于n=2.5时出现极值(31.1 N)。这是源于随着n增大:(1)原子堆积份数逐渐减小,可致密化体积逐渐增加,从而导致C_R逐步提高;(2)Al—O多面体结构单元含量逐步减少,导致C_R逐步下降;(3)考虑到相界面对裂纹生长的强阻挡能力,中程异构分相(富Al和富Si相)致相界面数量呈先增多后减少的变化趋势,导致C_R产生类似的非单调演化。上述三个因素的竞争和协同作用是该体系中C_R呈反常演化的结构起源,但考虑到极值点附近较小的组分变化,中程异构致相界面数量随n增加呈现的非单调演变才应是C_R呈反常演化的主要结构根源。