碳热还原法合成硼化锆粉体影响因素探究

以氧化锆(ZrO2)、硼酸(H3 BO3)和碳(C)粉为原料,研究了不同碳粉(活性炭、石墨)与前驱体粒度、温度及保温时间对碳热还原法制备硼化锆(ZrB2)粉体的影响.通过X射线衍射(XRD)分析合成粉体物相,扫描电镜(SEM)观察合成粉体形貌,并通过化学方法分析了合成粉体中的C、O含量.结果表明:以活性炭为碳源合成的粉体形貌呈条棒状,以石墨为碳源合成的粉体形貌呈规则的块状;合成粉体的粒度随前驱体粒度减小而减小,形貌由规则的块状逐渐转变为圆滑的不规则形貌,合成ZrB2粉体最小平均粒度约为1.69μm,产物中C含量随前驱体粒度减小而减少,O含量随前驱体粒度减小而增加,氧含量最低为0.54wt％;碳热还原法合成ZrB2粉体在1500℃下是可行的,但直到1900℃碳热还原反应合成ZrB2才进行完全;碳热还原反应合成ZrB2粉体最佳的反应条件为1900℃保温30 min.     

原料粒度对合成碳化硅的影响研究

以轮胎半焦为碳源,石英砂为硅源,在1520℃下通过碳热还原法制备了碳化硅。采用XRD、SEM和红外光谱仪等对不同原料粒度条件下制备的碳化硅进行了表征,探究了原料粒度对合成碳化硅物相、形貌、粒度和反应程度的影响规律。结果表明：原料粒度对碳化硅的合成反应进行程度及产物碳化硅的物相组成、形貌、粒度均有十分重要的影响。在一定粒度范围内,随着石英砂粒度的减小,碳化硅晶型变完整,且晶须逐渐减少,碳化硅的粒径分布没有明显变化;随着轮胎半焦粒度的增大,产物物相逐渐变为单一,碳化硅的粒径和晶须所占的比例逐渐减小。此外,通过对产物中C/Si 比的测定和存在中间产物SiO的证实,推测出了碳化硅颗粒的生成机理为气-固（VS）反应,而碳化硅晶须的生成机理为气-气（VV）反应。     

溶胶-凝胶和微波碳热还原氮化法合成β-sialon超细粉

以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS),硝酸铝,蔗糖等为原料,通过溶胶-凝胶和微波碳热还原氮化法合成了β-sialon超细粉.研究了铝碳摩尔比、温度、埋粉条件、晶种、添加剂等工艺条件对合成β-sialon超细粉的影响.结果表明:铝碳摩尔比显著影响β-sialon超细粉的合成,过量碳有利于形成β-sialon超细粉.1573～1623 K为最佳合成温度.埋粉不利于β-sialon超细粉的合成.晶种对β-sialon超细粉的合成没有显著影响,添加剂Fe2O3对反应有明显促进作用.用场发射扫描式电子显微镜观察产物的显微形貌,结果表明:合成β-sialon超细粉的粒度大约为100nm.     

磷肥副产硅胶生产碳化硅的实验研究

磷肥副产硅胶产量可观,其主要成分是二氧化硅,是加工硅系列产品很好的原料.碳化硅属第三代半导体材料,经济价值高,应用前景好.概述了以二氧化硅为硅源制备碳化硅粉体的主要方法,并介绍利用磷肥副产硅胶碳热还原法生产碳化硅的实验研究.     

二硼化锆粉体的工业合成

二硼化锆材料可广泛应用于高温结构陶瓷、复合材料、电极材料、薄膜材料、耐火材料、核控制材料等领域,但二硼化锆粉体目前多为实验室合成,本工作进行了二硼化锆粉体的工业合成研究.以ZrO2、B4C、C为原料采用碳热还原法分别在真空感应炉和电弧炉中完成了二硼化锆粉体的工业合成,研究了工业合成二硼化锆粉体的反应过程、产物组成和结构以及工艺影响因素,结果表明:以ZrO2、B4C、C为原料采用碳热还原法工业合成二硼化锆粉体工艺路线可行,产品质量好,二硼化锆粉体纯度＞98%(质量百分比,下同),粉体粒度为1～4 μm.     

用煤矸石制备Al2O3-SiC复相粉体的研究

以煤矸石和碳质材料(工业炭黑、活性炭、无烟煤)为主要原料,在流动氩气中碳热还原制备了A l2O3-SiC复相粉体,研究了碳过量数、碳源、反应温度、保温时间、成型压力、添加剂种类及数量等工艺参数对制备的A l2O3-SiC复相粉体的相组成和显微结构的影响。结果表明,反应温度、保温时间及氯化物添加剂对煤矸石碳热还原反应有显著影响。通过优化工艺,以煤矸石为基料,加入适量炭黑,在1 550℃3 h下制备出了w(A l2O3)=58%、w(SiC)=42%的复相粉体,其粒度d50≤5μm;加入适量添加剂,可降低合成温度50℃。     

草酸沉淀法制备超细氧化镧粉体研究

以工业生产萃取、分离及提纯过的稀土氯化镧溶液为原料,一定条件下制备出D₅₀小于10 μm的超细氧化镧粉体,研究了制备过程中焙烧温度、分散剂种类、溶液pH对氧化镧粉体粒径分布的影响。用激光粒度仪测得样品的粒度分布,用X射线衍射和扫描电镜对样品进行表征。结果表明,焙烧温度为750 ℃、焙烧时间为2 h、加入质量分数为1%的分散剂PEG2000,在酸性反应条件下可制备出粒度均匀,分散性好的超细氧化镧粉体。     

制备SiC陶瓷超细粉的工艺影响的研究（I）

探讨了采用溶胶-凝胶法和碳热还原法相结合制备SiC陶瓷超细粉体工艺中的碳源种类、水的加入量、草酸的加入量、制备温度等因素对胶凝时间、粉体的颗粒度、纯度的影响,确定了最佳工艺参数。结果表明：采用此工艺条件制备的SiC超细粉体粒径小于35nm,纯度大于98％,近似于球形。     

制备SiC陶瓷超细粉的工艺影响的研究(Ⅰ)

探讨了采用溶胶—凝胶法和碳热还原法相结合制备SiC陶瓷超细粉体工艺中的碳源种类、水的加入量、草酸的加入量、制备温度等因素对胶凝时间、粉体的颗粒度、纯度的影响,确定了最佳工艺参数.结果表明:采用此工艺条件制备的SiC超细粉体粒径小于35 nm,纯度大于98％,近似于球形.     

硅灰为原料制备类球形亚微米碳化硅粉体

以硅灰为硅源、葡萄糖为碳源制备粉体先驱体,然后经过炭化和煅烧,制备类球形亚微米碳化硅粉体。实验采用1200、1300、1400、1500℃4种温度煅烧样品,并对产物进行物相、粒度、形貌分析。结果表明:1200℃时,碳热还原反应未发生,硅灰中无定形的二氧化硅转变为结晶形态;剩余三种温度下得到的产物均是3C型碳化硅,在1400℃下能够制备出球形度良好的亚微米碳化硅粉体,其平均粒径约为0.2μm;随着煅烧温度的升高,碳化硅的结晶度增强、粒度变大、球形度变差。     

钢渣改性活性炭的制备及其降解甲醛性能

以钢渣和助磨剂(乙二醇、三乙醇胺和无水乙醇按体积比1:1:1混合)制备钢渣超细粉,用其对活性炭进行改性处理,获得钢渣改性活性炭,研究了钢渣种类、助磨剂用量和钢渣超细粉用量对钢渣改性活性炭降解甲醛性能的影响,分析了钢渣的化学成分、钢渣超细粉的粒度分布及结构、钢渣改性活性炭的微观结构。结果表明,450 g热闷渣与6 g助磨剂制备的钢渣超细粉用量10 g、活性炭30 g、无水乙醇50 g制备的钢渣改性活性炭具有良好的降解甲醛性能,12 h后甲醛降解率为60.9%。热闷渣中Fe2O3和MnO含量高,有利于甲醛在具有孔结构的活性炭中富集与催化降解;适量的助磨剂可显著减小钢渣超细粉的粒径,改善其粒度分布均匀程度,有利于增加钢渣超细粉与活性炭、甲醛的接触面积;可抵消由于活性炭孔隙率与比表面积降低导致的吸附性能下降,提高钢渣改性活性炭降解甲醛的性能。     

水泥窑分解系统用含SiC的铝硅质浇注料研究

以矾土熟料、碳化硅、纯铝酸钙水泥、SiO2微粉和矾土粉为主要原料,铝酸钙水泥为结合剂,制备了水泥窑分解系统用含SiC的铝硅质浇注料,通过调整SiC的加入量(其质量分数分别为15%、30%、50%)及加入形式(分别以15%的颗粒和15%的细粉形式加入),研究SiC对铝硅质耐火浇注料性能的影响.结果表明:铝酸钙水泥结合铝硅质浇注料,随SiC加入量的增加,其流动性、体积密度以及强度总体呈下降趋势,但引入SiC可以提高材料的耐碱性和抗结皮性,且SiC以细粉形式加入时,更有助于提高材料的耐碱性能.     

碳热还原杂化前驱体合成SiC–TaC纳米复合粉体

以五氯化钽(TaCl5)、正硅酸乙酯(TEOS)和葡萄糖(C6H12O6H2O)为原料制备了葡萄糖复合凝胶,凝胶经过450℃煅烧得到C–SiO2–Ta2O5杂化前驱体,通过碳热还原前驱体,于1200～1500℃合成了SiC–TaC纳米复合粉体,并用X射线衍射扫描电镜和能谱仪对产物进行表征。结果表明:凝胶中无定型的SiO2和Ta2O5可通过Si—O—Ta键合,均匀分布的Si—O—Ta—C长链使得杂化前驱体内部结合成为牢固的互穿网络结构;TaC于1200℃时得到,而SiC可在1400℃开始合成,反应可在1500℃完成。在不同的钽硅摩尔比下,SiC–TaC纳米复合粉体具有差异性形貌。当钽硅比约为0.02时,SiC与TaC纳米晶粒颗粒分布均匀,同质化明显。随着钽硅比的升高,SiC有从球状转变为纳米线状的趋势。     

Fabrication of Nanograined Silicon Carbide by Ultrahigh-Pressure Hot Isostatic Pressing

Dense nanograined SiC ceramics were obtained by using hot isostatic pressing (HIP). The starting powder was ultrafine β-SiC powder, which had a mean particle size of 30 nm and contained 3.5 wt% free carbon. SiC powders-both boron-doped and undoped-were densified via HIP under an ultrahigh pressure of 980 MPa at a temperature of 1600°C. Both doped and undoped SiC attained the same density (3.12 g/cm³) (relative density of 97.1%). The average grain sizes of boron-doped and undoped SiC were 200 and 30 nm, respectively. The compressive flow stress of undoped SiC was 3 times higher than that of boron-doped SiC at temperatures of 1800° and 1700°C; however, the flow stresses of both materials were almost the same at 1600°C. The HIPed SiC that was doped with boron could be deformed at a stress that was one-third lower than that of hot-pressed boron- and carbon-doped SiC with a grain size of 0.8 µm.     

并加法制备超细二氧化硅

以Na2O·3.27SiO2和硫酸为原料,采用并加法制备形状较好、粒度分布均匀、孔径在2~20 nm的超细二氧化硅。用吸油值、BET、SEM、FT-IR、XRD等方法对其进行表征,并考察了原料加入速度、表面活性剂、洗涤剂等对制备二氧化硅粉体的影响。结果表明,最佳反应条件为：Na2O·3.27SiO2加入速度为70 r/min,无表面活性剂加入,使用乙醇洗涤,85 ℃干燥2 h后100 ℃干燥2 h。在最佳反应条件下制得的二氧化硅粉体颗粒大部分呈圆形或椭圆形,形状较好,粒度分布比较均匀,比表面积为222.7 m2/g,平均孔径为16.95 nm。     

采用二步法合成核-壳型二氧化硅/二氧化铈复合微粒

以正硅酸已酯为硅源,以氨水为催化剂,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法并经500℃煅烧1 h后制备了SiO2微粒,运用激光粒度分析方法研究了各原料配比对SiO2粒子大小和粒径分布的影响;再以硝酸铈为铈源,碳酸铵为沉淀剂,十二烷基苯磺酸钠为分散剂,加入SiO2微粒,用化学沉淀法,通过控制反应和焙烧条件,经300℃煅烧1 h后成功合成了核-壳型单分散球状SiO2/CeO2复合微粒.并用差示扫描量热仪/热重分析仪、X射线衍射仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线能谱仪等手段以及zeta电位测定对SiO2/CeO2复合微粒的结构、组成和性能进行了表征.结果表明:SiO2/CeO2复合微粒呈规则球状,粒子分布非常均匀,粒径约300～350 nm;CeO2基本上为膜包覆,伴有少量的CeO2沉积,CeO2包覆层厚度约为30nm;SiO2包覆CeO2后所得复合微粒的表面电性质发生变化,其等电点对应的pH值从2.2增大至5.5.     

碳热还原法低温制备碳化硅微粉

以SiO2为硅源,炭黑为碳源,Fe2 O3为催化剂,采用碳热还原法在氩气保护下制备SiC微粉,研究催化剂含量,合成温度对SiC生成、形貌的影响.实验结果表明:在原料中添加Fe2 O3粉,1350℃保温3h就能产生SiC微粉;由X射线衍射分析显示,在1450℃下保温3h基本上全部转化为晶粒尺寸在50 nm左右SiC微粉;在相同温度下,随着Fe2 O3用量的增加,SiC产率增加.添加Fe2O3能加快反应速度以及提高SiC微粉的生成量.     

碳热还原ZrSiO_4制备ZrO_2(Y_2O_3)粉末和SiC纳米粉末

ZrO 2(Y 2O 3) powder and SiC nanopowder were prepared by carbothermal reduction of ZrSiO 4. With the existence of additive Y 2O 3 and other impurities, ZrSiO 4 was dissociated into ZrO 2 and SiO 2 in the condition of 1450—1550?℃. ZrO 2(Y 2O 3)powder was thus obtained via the removal of SiO 2 as silicon oxide (SiO) gas during carbothermal reduction process. SiC nanopowder and small amount of SiC whisker were synthesized form the gas-phase reaction between SiO vapor and supplied CH 4 gas.