新型工程陶瓷——氮化硅

在批林整风和批林批孔运动的推动下,我们初步研制了一种新型工程陶瓷——氮化硅。氮化硅有两种制品,一种是反应烧结氮化硅,一种是热压氮化硅。反应烧结氮化硅是用普通的硅粉作原料,用一般陶瓷材料成型的方法制成素坯,再将素坯在通有氮气的炉子里进行初步氮化。经初步氮化的素坯有一定的强度,能进行车、钳、刨等机械加工,做成形状比较复杂的部件。然后再将加工好的部件在通氮气的炉子里进行最后氮化,使硅完全转变成氮化     

硅粉氮化反应合成氮化硅

研究了硅粉直接氮化反应合成氮化硅粉末的工艺因素（包括硅粉粒度、氮化温度、成型压力、稀释剂含量等），借助XRD、SEM等测试手段测定和观察了氮化产物的物相组成和断口形貌。研究结果表明：硅粉在流动氮气氛下，高于1200℃氮化产物中氮含量明显增加；在氮化反应同时还伴随着硅粉的熔结过程，它阻碍硅粉的进一步氮化，其影响程度与氮化温度、氮化速度，素坯成型压力及硅粉粒度等工艺因素有关。在硅粉素坯中引入氮化，其影响程度与氮化温度、氮化速度，素坯成型压力及硅粉粒度等工艺因素有关。在硅粉素坯中引入氮化硅作为稀释剂，提高了硅粉的氮化率，使产物中残留硅量降低；同样在实际生产中可以通过控制适当热处理制度（如分段保温、慢速升温），达到硅粉的完全氮化。在生产中批量合成了含氮量为32．5％，残留硅量为0．05％，主要为α相，含少量β相的针状、柱状的氮化硅。     

氮化温度对直接氮化法制备氮化硅纤维材料显微结构的影响

用工业硅粉为原料,首先通过发泡法结合凝胶注模制备硅的多孔坯体,然后高温氮化制备氮化硅纤维材料,借助XRD和SEM研究氮化温度对该材料显微结构的影响。结果表明:在1 400℃氮化5 h,已经基本完全氮化,并且坯体在1 375℃发生了剧烈的反应。氮化硅纤维主要在气孔中生长,生成的氮化硅纤维均为纳米纤维,其直径在50～250 nm,长度约10μm。随着氮化温度的升高,氮化硅纤维逐渐增多,泡沫孔壁趋于消失,孔壁的消失是由于SiO的生成。氮化硅纤维生长遵循VS和VLS机制。     

硅粉直接氮化反应合成氮化硅研究

研究了硅粉直接氮化反应合成氮化硅粉末的工艺因素(包括硅粉粒度、氮化温度、成型压力、稀释剂含量等),借助XRD,SEM等测试手段测定和观察了氮化产物的物相组成和断口形貌.研究结果表明:硅粉在流动氮气氛下,高于1200℃氮化产物中氮含量明显增加;在氮化反应同时还伴随着硅粉的熔结过程,它阻碍硅粉的进一步氮化,其影响程度与氮化温度、氮化速度,素坯成型压力及硅粉粒度等工艺因素有关.在硅粉素坯中引入氮化硅作为稀释剂,提高了硅粉的氮化率,使产物中残留硅量降低;同样在实际生产中可以通过控制适当热处理制度(如分段保温、慢速升温),达到硅粉的完全氮化.在生产中批量合成了含氮量为32.5%,残留硅量为0.05%,主要为α相,含少量β相的针状、柱状的氮化硅.     

硅铁粉粒度对合成氮化硅铁的影响

采用FeSi75为原料,利用直接氮化合成法制备了氮化硅铁粉末,研究了中位径(d50)分别为13.41μm、8.023μm和5.229μm的3种硅铁粉分别在1150℃、1250℃和1350℃保温9h处理后的氮化规律。借助XRD、SEM等测试手段测定和观察了产物的物相组成和显微形貌。结果表明:较细的硅铁粉(d50=5.229μm)氮化时,反应快速、剧烈,导致烧结严重,氮化效果差,而较粗硅铁粉(d50=13.41μm)氮化效果较好;较细硅铁粉氮化后易于形成须状、纤维状和柱状氮化硅晶体,较粗硅铁粉氮化后易于形成球状氮化硅团聚体。制备的氮化硅铁中有大量充满氮化硅的孔洞,产物中的Fe3Si与FexSi被其包围,这种结构有利于体现氮化硅铁的优异性能。     

基于离子凝胶技术制备微米级氮化硅蜂窝陶瓷

利用海藻酸钠与Ca~(2+)之间的离子凝胶反应制备直通孔硅坯体,进而通过硅粉氮化烧结技术制备微米级氮化硅蜂窝陶瓷。分析了海藻酸钠浓度、原料硅粉含量对坯体成孔及孔径的影响,以及不同凝胶悬浮体的稳定性,并利用扫描电子显微镜和X射线衍射技术分析坯体及烧结体的显微结构和相组成。经过对海藻酸钠浓度和固相含量等进行优化,制备出平均孔径在20~60μm、孔径可调控的直通孔结构氮化硅蜂窝陶瓷,气孔率达到72.5%。     

催化氮化制备氮化硅粉体

氮化硅陶瓷由于具有优良的机械性能、化学性能和物理性能而被广泛应用于化工、冶金及航天等领域.催化氮化法制备氮化硅可以有效避免“硅芯”及“流硅”等不完全氮化形为的发生;并促进氮化硅晶须的原位反应合成,改善氮化硅基材料界面的显微结构,提高最终制品的力学性能.本文综述了金属及金属氧化物催化剂催化氮化反应生成氮化硅的最新进展及一维氮化硅的原位生成机理,并在此基础上展望了催化氮化制备氮化硅工艺今后的发展方向.     

不同种类氮化硅粉在Al_2O_3-SiC-C铁沟料中的作用比较

为进一步提高出铁沟的高温使用性能,以棕刚玉颗粒、板状烧结刚玉细颗粒、白刚玉粉、碳化硅颗粒和细粉、活性氧化铝粉、硅微粉、铝酸钙水泥、抗氧化剂、单质硅粉、球沥青、氮化硅粉制备了Al_2O_3-SiC-C浇注料。比较了三种不同种类的氮化硅粉(氮化硅-氧氮化硅复合粉、氮化硅铁粉、高纯氮化硅粉)在铁沟料中的作用,结果发现:1)三种氮化硅粉的引入,降低了浇注料的流动值,对线变化率影响不大,但增强了致密度,改善了抗氧化性,提高了高温抗折强度。2)氮化硅-氧氮化硅复合粉对铁沟料高温抗折强度和抗渣性均有显著提高,且与高纯氮化硅粉综合作用相当;氮化硅铁粉的引入提高了铁沟料的致密度,并改善其在1 100、1 450℃时的抗氧化性,但也降低了材料的强度及抗渣性能。3)将氮化硅-氧氮化硅复合粉与氮化硅铁粉共同加入铁沟料中时,相对于仅加氮化硅-氧氮化硅复合粉有更好的流动性,又抑制了氮化硅铁粉对强度和抗渣性能的劣化,具有良好的综合性能,可望在铁沟料中得以应用与发展。     

新型氮化硅系耐火材料——法爱伦

据日刊“耐火物”1978年第2期介绍,日本已研制成功一种新的氮化硅系耐火材料——氮化硅铁(商业名称:法爱伦)。它是把 FeSi 细粉碎后成型,于 N_2气氛中加热至1200～1400℃进行氮化后的产物,其主要成份(75～80%)是氮化硅,并含有游离铁和     

α/β相变对多孔氮化硅陶瓷介电性能的影响

采用反应烧结工艺,通过添加硬脂酸,制备孔径为0.8mm,孔隙率在55%左右的具有宏观球形孔的低密度多孔氯化硅陶瓷,研究了α/β相变对多孔氮化硅陶瓷介电性能的影响.通过调节氮化温度和时间,可得到具有不同β相相对含量(质量分数,下同)的多晶氮化硅陶瓷.结果表明:氮化温度高于1 400℃时发生α/β相变,随着氮化温度的提高和...     

氧氮化硅

氧氮化硅基本上是一种人工合成材料。天然的氧氮化硅仅在陨石中发现过。由于氧氮化硅本身具有许多优良的特性,随着氧氮化硅合成纯度的提高和氧氮化硅材料的开发,氧氮化硅材料越来越引起人们的注意,用途也日益广泛。一、氧氮化硅的晶体特征氧氮化硅是一种白色结晶化合物,属斜方晶系,晶胞参数:     

高温材料——氮化硅

英国生产了一种用反应法化合的氮化硅。据称,这种新材料的优点是,特别适于作抗热冲击的耐高温零件,如涡轮零件。在很多情况下氨化硅可代替高级合金,如昂贵和难加工的镍铬铁合金和镍铬钢。也可代替工业上常用的陶瓷、氧化铝和碳化硅,这些材料的耐高温和抗热冲击性能都次于氮化硅。此外,氮化硅尤其适用于不能使用普通材料的有害介质中。零件于氮化前用普通方法加工成形。在1000℃以上氮化后,这种材料只有用金刚石     

浸渍工艺对反应烧结氮化硅结合碳化硅致密度的影响

以不同粒度的SiC、硅粉为原料,采用浇注成型制备反应烧结氮化硅结合碳化硅.选用不同浓度的硅溶胶、铝溶胶和氯化铝溶液,分别对坯体和1420℃氮气气氛下烧成后的试样进行真空浸渍.研究了烧前浸渍和烧后浸渍、浸渍液的种类和浓度等对试样氮化率、体积密度和显气孔率的影响.结果表明:对材料进行烧前浸渍和烧后浸渍均可以增加试样的致密度,但烧后浸渍的效果不如烧前浸渍;高浓度浸渍液不利于致密度的提高;在三种浸渍溶液中,烧前浸渍铝溶胶的试样氮化率提高最为明显,而浸渍氯化铝溶液的试样气孔率下降最为明显;综合考虑浸渍对致密度和氮化率的影响,采用烧前浸渍10％铝溶胶的试样效果较好.     

过渡塑性相工艺制造刚玉-氮化硅质透气砖的研究

在刚玉 -氮化硅材料中添加 5 %和 1 0 %的金属硅进行塑性相成型 ,成型后在氧化气氛下于1 60 0℃保温 3h烧成。对烧成后材料的常温性能进行分析发现 ,随着金属硅含量的增加 ,试样的显气孔率明显下降 ,耐压强度上升。显微结构分析发现 ,烧成后材料的内部仍然有金属硅存在 ,并且金属硅与周围颗粒紧密连结。同时还发现 ,材料内部的氮化硅发生反应生成了氧氮化硅 ,有利于氮化硅材料的烧结 ,提高了材料的性能。     

反应烧结氮化硅-碳化硅复合材料的氮化机理

为分析反应烧结氮化硅结合碳化硅(Si3N4-SiC)材料中微观结构和氮化硅分布不均匀的原因,对在隔焰燃气氮化梭式窑中应用反应烧结氮化方法制备的氮化硅结合碳化硅复合材料进行结构研究和热力学分析。结果表明:材料中的氮化硅以纤维状和柱状两种形状存在。Si的氮化机理为:Si首先被氧化成气态SiO,降低了体系的氧分压,当氧分压足够低时,Si与N2直接反应形成柱状Si3N4,气态SiO亦可与N2反应生成氮化硅,这是一个气-气反应,故生成的Si3N4为纤维状。氮化反应前SiO主要分布于材料孔隙和表面,因而生成的氮化硅分布不均匀,导致了反应烧结Si3N4-SiC材料结构的不均匀。     

纳米氮化硅制备天线罩材料介电性能的研究

以国产纳米氮化硅粉为原料，经凝胶注模成型后在流动的高纯N2作为控制气氛的条件下，于1510℃常压烧结出相对密度为0．72，结构均一，抗弯强度达89MPa且具有良好介电性能的Si3N4天线罩材料。研究了原料的纯度、烧结温度、埋烧气氛对瓷体介电性能的影响。结果表明：纳米粉原料中含有大量的SiO2，可以促进坯体的烧结，同时对瓷体的介电性能有较大的影响。因坯体收缩，在致密化以前，其介电常数随烧结温度的升高而增大。当温度高于1510℃时，随着烧结温度的升高，原料中氮化的Si-O数增加，瓷体的宏观缺陷增加，相对密度降低，因此瓷体的介电常数趋于减小。在1510℃烧结温度下，若不加埋料时，坯体中有的Si-O不能被氮化；用石墨粉作埋料，则发生渗碳现象，降低了Si3N4天线罩材料的介电性能。     

闪速燃烧合成氮化硅铁的氮化机理

以硅铁合金Fe Si75为原料,研究了闪速燃烧合成氮化硅铁的氮化机理。结果表明:在氮化过程中,首先是硅的活性氧化,硅被氧化生成气态Si O,使得体系氧分压降低,当氧分压p(O2)≤10–20 MPa(T=1 823 K)时,Si与N2(g)直接反应形成氮化硅,气态Si O最终与N2(g)发生反应生成氮化硅。硅铁合金Fe Si75中的Fe Si2与Fe0.42Si2.67没有促进氮化硅的形成,且与未参与氮化反应的硅反应形成Fe3Si。氮化硅铁的主要物相为氮化硅和Fe3Si,其中存在大量的柱状氮化硅,Fe3Si被柱状Si3N4包裹,呈孤立状态。     

反应烧结氮化硅-碳化硅

以Si+C作为原料,研究了反应烧结氮化硅-碳化硅,测量了一些物理性能和高温强度。这种材料与反应烧结氮化硅相比,能使尺寸较厚的制品氮化完全。X射线分析指出,这种材料是由大量的α-Si_3N_4和少量β-Si_3N_4、β-SiC组成。对碳的作用进行了初步讨论。     

合成工艺对氮化硅铁物相和结构的影响

以硅铁合金(FeSi75)为原料,分别采用闪速燃烧合成工艺和自蔓延高温合成工艺制备氮化硅铁样品,利用X射线衍射仪和扫描电镜对样品进行了表征,探讨了合成工艺对氮化硅铁物相和显微结构的影响。采用闪速燃烧工艺合成的氮化硅铁相组成为β-Si3N4,α-Si3N4,Fe3Si和少量SiO2;而采用自蔓延高温合成的氮化硅铁由β-Si3N4,α-Si3N4,Fe3Si和Si2N2O组成。闪速燃烧合成的氮化硅铁样品中存在大量长径比较高的柱状氮化硅晶体,Fe3Si位于柱状结晶所包裹材料的内部;自蔓延高温合成的氮化硅铁显微结构为致密的氮化硅块体,在块体表面覆盖有氧氮化硅膜,块体的间隙存在晶形细小的氮化硅晶体,含铁组分镶嵌在致密的块体中。闪速燃烧合成的氮化硅铁结构疏松,活性较强;自蔓延高温合成的氮化硅铁结构致密,性质稳定。     

硅在刚玉-氮化硅系统中的作用

按氧化铝含量分别为 6 2 .5 %和 5 0 % ,氮化硅含量为 37.5 % ,硅含量分别为 0和 1 2 .5 %的配比将氧化铝、氮化硅和商品硅粉在小型球磨机上混合 2h ,充分干燥后加入约 4 %的蜂蜜混合均匀 ,压制成2 5mm× 2 0mm的样坯。样坯于 1 0 0℃干燥 2 4h后置于钼丝炉中 ,在埋炭并通以 4L·min- 1氮气的条件下分别于1 30 0℃、1 4 0 0℃和 1 5 0 0℃下保温 2h烧成。通过对烧成后试样的体积密度、显气孔率和常温耐压强度的测定以及XRD、SEM和能谱分析 ,重点研究了硅对刚玉 -氮化硅系统的强度、物相组成和显微结构的影响。结果表明 :在刚玉 -氮化硅系统中引入硅后 ,由于硅能在烧成过程中形成液相 ,因此能促进坯体的烧结 ,提高烧成试样的强度 ;硅在烧成过程中能反应生成絮状O’ SiAlON ,絮状O’ SiAlON交织于刚玉和氮化硅颗粒间 ,进一步增强了烧成试样的强度