氮化硅陶瓷材料的热力学分析

运用热力学方法分析了氮化硅陶瓷在制备和使用过程中涉及的物理化学过程,包括Si3N4烧结、Si3N4在真空中的挥发、Si3N4的稳定性、Si3N4与金属固体的作用4个方面,结合实际论述了反应发生、发展的条件、反应的优先性、生成化合物的稳定性及热力学方法的适用性.     

Ti-N-C-O系的热力学分析与相平衡

本文从热力学的角度分析了TiO2碳热还原反应制备TiC、TiN在不同的PCO、PN2下的最佳温度范围,并绘制了各相稳定存在与PCO、PN2的关系图.     

铁基高温变换催化剂热力学稳定性分析

铁基高温变换催化剂是当今合成氨工业,尤其是在国内中小型氮肥企业中被广泛采用的催化剂。笔者在文献调研的基础上,以文献发表的、经由试验测定的热力学数据———标准生成自由能为依据,根据热力学中非均相反应体系的有关理论,对铁基高温变换催化剂在变换反应的气氛与温度条件下的热力学稳定性进行了较详细的分析,建立了相关的非均相反应体系的平衡相图和相应的数学表达式。分析表明,在当前的变换工艺中,铁基高温变换催化剂的化学性质并不构成对变换工段节能(这里指降低补充水蒸气量)的障碍。     

铁基高温变换催化剂热力学稳定性分析

铁基高温变换催化剂是当今合成氨工业，尤其是国内中小型氮肥厂中被广泛采用的催化剂。本文在文献调研的基础上，以文献发表的、经由试验测定的热力学数据——标准生成自由能为依据，根据热力学中非均相反应体系的有关理论，对铁基高温变换催化剂在变换反应的气氛与温度条件下的热力学稳定性进行了较详细的分析；建立了相关的非均相反应体系的平衡相图和相应的数学表达式。分析表明，在当前的变换工艺中，铁基高温变换催化剂的化学性质并不构成对变换工段节能（这里指降低补充水蒸气量）的障碍。     

工业硅生产过程的热力学分析与优化

为了优化现有矿热炉碳热还原炼硅工艺,提高工业硅的产出量,利用热力学软件HSC,基于平衡常数法,对二氧化硅碳热还原制取工业硅的反应过程进行了热力学计算,并用HSC软件的化学反应平衡模块模拟分析了在煅烧的石英石和碳质还原剂中添加碳化硅对反应的影响.通过软件模拟,分析加入SiC作为原始物料后,不同物料配比对硅产出率的影响.结果表明:在煅烧的石英石和碳质还原剂中添加适量碳化硅可以促进反应的进行,以SiO2、SiC、C为炉料,当输入摩尔比为m(SiO2/C/SiC)=3∶1∶2时,硅产出量相对最高.     

碳硅共掺杂AlN晶体的电子结构分析

采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波法,研究了C∶Si共掺杂纤锌矿AlN晶体的32原子超胞体系,得到了该体系的能带结构、电子态密度等性质,在此基础上分析了C∶Si共掺杂实现AlN晶体p型掺杂的机理.在AlN晶体的掺杂体系中,当C、Si的浓度相等时,会形成C-Si复合物,但施主和受主杂质相互补偿致使自由载流子浓度较低;当提高C的掺杂浓度时,会形成C2-Si,C3-Si等复合物,这些复合物的生成能够提高受主杂质的固溶度,降低受主激活能,有效提高空穴浓度.分析表明:C∶Si共掺杂有利于获得p型AlN晶体.     

Al粉氮化制备超细AlN粉

以Al粉和C粉为原料,经球磨、干燥后在1400℃氮气气氛中氮化.氮化产物于650℃煅烧脱碳,制备出粒度为50nm左右的超细AlN粉.用SEM、TEM观察AlN粉的形貌.碳黑的高活性是形成无团聚纳米AlN粉的原因.     

高温煤气非催化氧化系统热力学分析

为了探索高温焦炉荒煤气(COG)制还原气的实验条件,运用HSC-chemical软件中的最小吉布斯自由能法,对焦炉荒煤气非催化部分氧化过程进行了绝热等压热力学计算.研究了荒煤气初始温度、H2O/COG和O2/COG比,压力对反应体系平衡组成的影响,综合考虑了体系绝热反应温度,有效气体产率,有效转化率,能耗等因素,得出适宜的操作条件为初始温度600℃,O2/COG,H2O/COG分别为0.20,0.186左右,压力为常压或微负压.此时焦炉荒煤气转化率约为99%,绝热反应温度约为955℃,有效气体产率接近90%,平均产H2约1.54 mol/mol,增氢2.55倍.分析了H2O/COG=0.186,O2/COG变化时平衡产物的生成规律.     

高温脱除H2S／COS热力学可行性分析

利用自由焓极值法基本原理和ＭＡＴＬＡＢ计算语言,对高温脱除Ｈ２Ｓ／ＣＯＳ的可行性金属组分进行热力学分析和计算。结果表明Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ适合在７００Ｋ－１０００Ｋ温区内进行硫反应;Ｚｎ适合在４００￣８００Ｋ温区内脱硫;Ｃａ、Ｂａ到１０００Ｋ时才具有明显的脱硫性能。结合ＩＧＣＣ技术及经济分析、Ｍｎ、Ｆｅ是较为理想的脱硫组分。     

酸洗提纯AlN粉体的研究

氮化铝(AlN)粉体中的金属杂质与氧化是影响其纯度和性能发挥的主要因素,而酸洗是提纯AlN粉体的有效手段.实验采用磷酸(H3 PO4)、硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)和盐酸(HCl)对AlN粉体进行酸洗提纯,主要研究了酸洗过程中酸液的选择与配比对提纯效果的影响.实验结果表明:这四种酸均显著降低了AlN粉体表面的金属杂质含量,而HF和HNO3的混合酸具有更好的提纯效果,特别能降低其中的Na、W、Fe等金属杂质,而且还可通过HF与Al2O3的反应有效去除氧杂质.HF/HNO3酸液的适宜配比为HF:HNO3=2:1,在该条件下酸洗后的AlN粉体中,金属杂质含量均下降到100 ppm以下,氧含量仅为1.2wt%.     

AlN陶瓷制备过程中氧化行为研究

本论文以氮化铝陶瓷的制备为研究对象,围绕其在烧结过程中的氧化进行了研究,分析了氮化铝陶瓷在烧结过程中氧化的机理,提出了防止AlN陶瓷制备过程氧化的措施,确定了合适的埋粉碳粉和AlN粉体,并确定了合适的配比点。     

微波烧结AlN陶瓷的初步研究

采用微波高温烧结工艺,制备了致密的AlN陶瓷,并初步探讨了微波烧成环境对烧结体性能的影响.结果表明:利用微波烧结AlN陶瓷,虽然在节能省时方面效果显著,但是微波烧成环境对AlN陶瓷的烧成影响比较复杂,本文着重指出烧成环境中的碳热还原气氛能极大地加快AlN陶瓷的致密化速率,但容易在AlN陶瓷晶界相内部产生气孔,使AlN陶瓷的热导率降低.     

碳热法合成AIN的热力学及动力学

本文对碳热法合成AIN粉末的反应过程进行了实验研究并理论计算了反应过程的Gibbs自由能的变化,用零级反应模型和Jander方程回归分析了氮化速率。     

Thermodynamic Analysis of Chemical Vapor Deposition of BN + AIN Composite Coatings

Thermodynamic calculations were performed using a modified solgasmix-pv computer program in order to study the feasibility of codepositing boron nitride (BN) plus aluminum nitride (AIN) by chemical vapor deposition. Reactants considered were AICl₃, BCl₃ or B₂H₆, NH₃, and H₂. Deposition diagrams were generated for the BCl₃-AICl₃-NH₃ system over a range of processing conditions such as temperature, total system pressure, and reagent concentrations. Codeposition of BN + AIN was predicted by the calculations for temperatures in the range of 900 to 1700 K and pressures of 10.13 to 101.3 kPa. The predicted deposition efficiency at equilibrium was much higher for BN than for AlN at most reagent compositions. The AlN deposition efficiency increased with decreasing temperature and decreasing BCl₃ content, with increasing NH₃ content, or with the addition of H₂. Aluminum chlorides were found to be the dominant gaseous species.     

利用热歧化反应进行氮化铝陶瓷表面钛金属化工艺及正交实验研究

利用熔盐热岐化反应法成功地进行了氮化铝陶瓷表面钛金属化。利用正交实验法就反应温度、反应时间、K2TiF6浓度3个因素对制备工艺进行探讨,研究各工艺参数对金属化膜厚度的影响。利用XRD、SEM对金属化膜的组成和陶瓷与金属化膜之间的界面进行了分析和观察,并对利用该法进行氮化铝陶瓷表面金属化的反应机理进行了初步探讨。     

氮化铝陶瓷低温真空热压烧结研究

以自蔓延高温合成的AIN粉体为原料,Y2O3、Dy2O3、La2O3为添加剂,采用真空热压烧结工艺,实现了含有添加剂的AIN陶瓷体的低温烧结;研究了烧结温度对AIN烧结性能的影响。用XRD、SEM对AIN高压烧结体进行了表征。研究表明：粉体粒径、烧结工艺、烧结助剂对AIN陶瓷低温烧结真空热压烧结性能有很大影响;含烧结助剂的真空热压烧结能够有效降低AIN陶瓷的烧结温度并缩短烧结时间,使烧结体的结构致密。烧结温度1550℃条件下,真空热压烧结90min时,得到的AIN陶瓷的致密度最高。     

助烧剂添加量对AlN微波烧结陶瓷微结构的影响研究

本文分别以Y2O3、CaO、Dy2O3、Nd2O2与Sm2O3为助烧剂,利用微波烧结法制备了AlN陶瓷,并分析了助烧剂添加量对陶瓷样品微结构的影响。研究结果发现,当以Y2O3为助烧剂时所得陶瓷几近完全致密,且其添加量对陶瓷晶粒与晶界的形态有较大影响;当以CaO为助烧剂时,添加量较小时所得陶瓷中孔洞也很少,添加量较大时会在陶瓷中出现大孔洞;当以Dy2O3与Nd2O2为助烧剂时所得陶瓷相当致密且没有孔洞存在;当以Sm2O3为助烧剂时,添加量较小时陶瓷相当致密且没有孔洞存在,而添加量较大时会出现少量孔洞;其中以Nd2O2与Sm2O3为助烧剂时会有穿晶现象发生。     

铝源对碳热还原氮化法制备AIN粉末的影响

本文用无机铝盐借助溶胶-凝胶工艺和表面活性剂的作用制得了一种铝碳良好结合、均匀、无(或弱)团聚的混合凝胶细粉(文中简称“均质混料”),以此为原料氮化合成了纯度达98%的超细AIN粉末,文中着重分析了使用这种均质混料能降低合成条件、提高粉末性能的热力学机制,探讨了影响合成过程的诸因素,最后得出结论认为:铝凝胶均质混料的制备和使用是改进成热还原氮化工艺的最有效途径。     

常减压装置高温油气管线的安全评定

在常减压装置中,高温油气管线的减薄对装置的安全运行是一个很大的危险。某常减压装置的使用温度为200~370℃的过汽化油管线发生泄漏,经过现场使用高温超声测厚仪和脉冲涡流对这部分相同工况条件下的管线进行测厚,发现这批管线的最大腐蚀速率3 mm/年。并且在对两种测厚方法得到的测厚值进行了对比。按照GB19624-2004附录H的技术要求对这批管线进行安全评定,得出剩余寿命,为装置管理人员提供了技术支持。     

Thermodynamic and kinetic analyses of vacuum synthesis of AlN by the alumina carbothermal reduction nitridation method

Ultrafine single-phase aluminium nitride (AlN) particles were successfully synthesized by the vacuum carbothermal reduction nitridation (VCRN) method at shorter times and lower temperatures. The mechanism of the process was investigated. By analyzing the X-ray diffraction (XRD) patterns and thermodynamic calculations, the main reaction path was determined to be Al₂O₃→Al₂CO→Al₄C₃→Al₅C₃N→AlN. By investigating the kinetics mechanism, the process was a gas–solid reaction model, which was controlled by the crystalline chemical reaction from 0.5  to 1.5 h, combination control from 1.5 to 2 h, and gas diffusion control from 2 to 2.5 h. Moreover, the apparent activation energy (E_a) was calculated from the nitridation ratio, the value obtained, 237.71 kJ mol^–1, is 31% of the energy reported for the conventional synthesis method. These results show that ultrafine AlN could be effectively synthesized at 1823–1873 K and 300 Pa N₂ pressure for 2.5 h.