自蔓处视温合成氮化硅的生长机理

通过放气法观察到短棒状β-SiN4以气－液－固（VLS）机制生长的中间形太，以气－液－固机制生长的β-SiN4所需的液相依赖于反应物中的含氧杂质，而非反应物中的金属杂质，或氮气中的杂质氧气和水蒸汽等，在生长过程中，液相不断析出β-SiN4，氧需在液－固中重新分配，使得液相中的氧逐渐减少，并得不到补偿，所以β-SiN4长成短棒状，增加反应中的氧含量，可以得到高长径比的β-SiN4，氮气中适量的杂质氧气和水蒸汽有利于提高产物中β-SiN4的α相与β相的比例。     

仿生制备多孔氮化硅陶瓷

以松木炭化后形成的多孔木炭为模板,经Y2O3/SiO2混合溶胶浸渍生物碳模板形成Y2O3/SiO2/C复合体,在高压氮气氛下(0.6MPa),1600°C碳热还原氮化制备出牛物形态多孔氮化硅陶瓷.借助XRD、SEM研究了烧结助剂、烧结温度、反应时间和烧结气氛对烧结产物显微结构和晶相的影响,探讨了多孔Si3N4陶瓷的反应过程和机理.结果表明,多孔si3N4陶瓷是由主晶相β-Si3N4和少量晶间玻璃相YsSi4n4O14组成;多孔Si3N4不仅保留了松木的管胞结构,还在孔道中生长出纤维状形貌的β-Si3N4颗粒;Si3N4的反应烧结过程包括α-Si3N4的形成、晶形转变(α-β相变)和晶粒生长三个阶段.在1450°C烧结的机理是气-固和气-气反应机理,在1600°C通过液相烧结的溶解-沉淀机理形成纤维状的多孔Si3N4陶瓷.     

CVI制备Si3N4p/Si3N4透波材料表征与性能

以SiCl4-NH3-H2为反应体系，采用化学气相渗透（CVI）法制备Si3N4p／Si3N4透波材料．XRF测试表明试样主要含Si、N、O三种元素．XRD测试表明复合材料主要成分为α-Si3N4和非晶沉积物和非晶SiO2，并有微量的β-Si3N4和晶体Si，高温热处理可使非晶沉积物转变为α-Si3N4和β-Si3N4．SEM照片显示颗粒团间结合不够致密，残留气孔偏大．试样的弯曲强度最高为94MPa，介电常数为4．1-4．8．     

反应烧结Si3N4/SiC复相陶瓷合成工艺优化的研究

利用反应烧结制备Si3N4结合SiC复合材料.设计了L9(34)正交试验方案,研究了原料中Si、添加剂Al2O3、Y2O3的含量对复合材料力学性能的影响,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、断口形貌进行分析.结果表明,反应烧结后试样生成了颗粒状的α-Si3N4、针状或棒状的β-Si3N4和少量的Sialon,其中针状或棒状的β-Si3N4和SiC形成三维网络结构,提高了材料的力学性能.优化实验得到的试样力学性能显著提高,其中维氏硬度2205、抗弯强度410MPa、断裂韧性为8MPa·m1/2.     

低纯度外β-Si_3N_4粉末的无压烧结及其性能

为了降低氮化硅材料的成本，运用便宜的低纯度从β-Si3N4粉末，通过无压烧结制备了氮化硅材料．发现β-Si3N4粉末具有很好的烧结性能，得到的结构是由柱状颗粒和小球状颗粒形成的嵌套结构，结构组成均匀，没有晶粒的异常生长．所得材料的抗弯强度为587MPa，韧性达到5.3MPa.m1/2，说明可在一般条件下使用。     

挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料

通过碳热还原法制备了气孔率为53.4%~70.2%的β-Si3N4多孔预制体,利用挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料。随着β-Si3N4陶瓷增强相体积分数的增加,复合材料的弯曲强度由383.9 MPa增加到584.8 MPa,显微硬度由162.7HV增加到241.5HV,断裂韧性由11.9 MPa·m1/2下降到9.5 MPa·m1/2。铝合金基体的断裂模式是韧性断裂,β-Si3N4棒状晶的断裂模式受到晶粒取向的影响。复合材料强韧化机制主要有负荷传递、位错增殖、裂纹桥联、裂纹偏转和微裂纹增韧。     

一维β-SiAlON材料可控合成

以Si粉、Al粉和Al2O3粉为原料压制成条样,在1650~1850 K氮气和埋Si3N4颗粒气氛下分别合成了β-SiAlON晶须、带状和柱状晶,并系统研究了一维β-SiAlON材料可控合成条件,进而结合热力学分析了一维β-SiAlON材料的生长机制。结果表明:以Si粉、Al粉和Al2O3为原料,在氮气(纯度99.9%)和埋Si3N4颗粒气氛下在1650~1850 K保温6 h,可以合成不同形貌的一维β-SiAlON材料。生长温度是一维β-SiAlON材料形貌控制的关键因素。生长温度为1650 K时,合成了β-SiAlON晶须,晶须直径200~400 nm,长径比100~1000;生长温度在1700~1800 K时,可以合成β-SiAlON带状晶体,厚度为200 nm,宽度为1~4μm,长宽比在10~20之间;生长温度升高至1800 K时,出现大量柱状晶体。结合晶须显微结构形貌和热力学分析,β-SiAlON晶须的生长机制为气–固(VS)生长机制。     

高温自蔓延燃烧合成的β-Si3N4粉体的烧结

研究了MgO，Al2O3和Y2O3作为烧结助剂对高温自蔓延工艺合成(SHS)的β-Si3N4粉料烧结过程的影响．结果发现，MgO是较为有效的烧结助剂，当其加入量为10wt％时，试样在1600℃下热压烧结能基本实现致密化．对试样的XRD分析表明，除了加入的A1203与β-Si3N4反应生成β-Sialon外，其他烧结助剂都不与β-Si3N4反应，只存在于玻璃相中．添加MgO的试样具有较高的力学性能．最后，对材料的显微形貌进行了SEM观察．     

Al2O3-Si系原材料在氮气气氛下的高温物理化学变化过程

以电熔刚玉和单质硅为原料压制成试样，分别在氮气气氛、1400—1600℃高温反应烧结，获得五个不同温度点合成的试样，采用XRD分析技术研究试样的物相演变过程，从而对Al2O3-Si原料在氮气气氛下反应过程中的物相变化和反应过程进行了研究。结果表明：在氮气气氛条件下，经高温反应，新产生的主要物相是β—Sialon和Si3N4。同时，新生成物相β—Sialon（Si6-ZAlZOZN8-Z，0〈Z〈4．2）中的Z值与温度和原料配比密切相关。     

冷凝法干燥氧气

在冶金和其它工业部门中,氧气被广泛地用来强化各种工艺过程。氧气中含水量是其重要的质量指标之一。氧气所含的水蒸汽、或有时所含的滴状水,不仅给氧气输送造成困难(特别是在冬季),而且在许多情况下还会影响主要产品的质量。在工艺氧中含水量达3~4克/标准米3时,就会影响到若干种电炉炼钢的质量。不同生产过程中运用的氧气中允许含水量为0．01~3克/标准米3,在许多生产过程中,对压缩空气、氮气或其它气体也有类似的要求。氧气中的水份来自氧气蓄冷器和将氧气压缩到16计示大气压输送至用户的活塞式氧压机,因为活塞式氧压机气缸是用肥皂水进行润滑的。另外,由于氧气是用湿式气柜贮存,也会使氧气受到潮湿。压缩工艺氧中的总含水量一般为1~3克/标准米3。     

自蔓燃高温合成法合成氮化硅粉体的研究

采用自蔓燃高温合成方法合成β-氮化硅粉体,分析了合成氮化硅过程中氮气、温度、稀释剂与孔隙率等方面的影响。采用XRD研究相的组成,用SEM观察粉末的显微结构。研究结果表明:自蔓燃合成方法制备的氮化硅陶瓷粉体,β相含量由块状产物中心向表层减少,得到的β-氮化硅晶体结构完整,表面光滑无缺陷,考虑到燃烧温度(Tcom),在氮化硅粉体的合成过程中,涉及到3个反应机制:低温机制、中温机制、高温机制。NH4Cl在反应中分解,为反应提供了NH3,并与硅粉反应;氮气压力下硅粉的自蔓燃合成反应,必须要引入Si3N4稀释剂来控制反应温度和反应速度,获得不同相含量的粉体;压坯气孔率控制在30%～70%,否则反应不能进行。     

Y-α/β-sialon的气压烧结

研究了Ｓｉ３Ｎ４粉末粒度分析发现相组成,ＡｌＮ粉末的粒度及分阶段烧工艺对气压烧结α／βｓｉａｌｏｎ的致密化,产物相组成和力学性能的影响,采用三阶段保温烧结（１７００℃,１ｈ,１８００℃,１ｈ及１９５０℃,１５ｈ）减少了Ｓｉ３Ｎ４与液相在高温反应促进了材料致密,适当的烧结工艺下及用适当的埋粉,细ＡｌＮ原料有利于材料致密。细Ｓｉ３Ｎ４原料（０．３μｍ）中氧杂质增加导致复合材料中α－ｓｉａｌｏｎｓ相减少     

自蔓燃高温合成氮化硅粉体的研究

研究了自蔓燃高温合成方法制备氮化硅粉体,借助于XRD、SEM等检测方法,分析了自蔓燃高温合成氮化硅过程中硅粉粒度、氮气、温度、稀释剂与孔隙率等方面对反应产物的影响,并对反应机理进行了分析。由于有添加剂氯化铵的存在,反应中不是单纯的硅粉氮化反应。只要控制反应中的工艺参数,就可以采用自蔓燃得到不同相含量的Si3N4粉体;考虑到燃烧温度,在氮化硅粉体的合成过程中,涉及到3个反应机制:低温机制、中温机制、高温机制;氮气压力下硅粉的自蔓燃合成反应,必须要引入Si3N4稀释剂,来控制反应温度和反应速度,获得不同相含量的粉体。压坯气孔率控制在30%～70%,否则反应不能进行金属硅粉的粒度细,合成的Si3N4中α相含量高。     

Effect of Auxiliary Gases on Combustion Synthesis of Si3N4

1.IntroductionSi3N4-based materials have become one of main engi-neering ceramics due to its outstanding properties.It isconsidered generally that powders with high percentagesofα-Si3N4and low oxygen content are needed for sinter-ing silicon nitride of high performances.The demand forα-Si3N4powder is continuously growing,therefore sim-pler and lower cost methods of its production are be-ing studied intensively.The most widely used industrialtechnologies forα-Si3N4powder production are di…     

自蔓延高温合成Y-α/β-Sialon粉末

本文通过组成设计,以Si、Al、Y₂O₃为原料,Si₃N₄为稀释剂,利用自蔓延高温合成法（SHS）制备了Y－α／β－Sialon粉末;并利用XRD、化学分析法分别研究了α－Sialon简称α′）、β－Sialon简称β′）相组成和游离硅含量;且详细讨论了氮气压力、稀释剂含量对生成物Y－α／β－Sialon中的α′、β′相及残余硅含量的影响．     

自蔓燃高温合成工艺参数对制备氮化硅粉体的影响

采用自蔓燃高温合成方法(SHS)合成氮化硅粉体,借助于XRD、SEM等检测方法,分析了自蔓燃高温合成氮化硅过程中氮气、温度、稀释剂与孔隙率等工艺参数对合成产物的影响。结果表明:只要最高燃烧温度不高于相应氮气压力下Si3N4的热分解温度,就可以用SHS方法合成Si3N4;氮气压力下硅粉的自蔓燃合成反应,必须要引入Si3N4稀释剂来控制反应温度,获得高α相Si3N4含量的粉体。压坯气孔率控制在30%～70%,否则反应不能进行。SHS法可以制备纯度很高的氮化硅粉体。     

以AC发泡剂为添加剂燃烧合成α-Si3N4粉体

以硅粉和Si3N4粉体为反应剂,偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)为添加剂,利用燃烧合成技术在较低氮气压力下制备了高α相含量的Si3N4粉体.采用X射线衍射和扫描电镜分别对产物的物相组成及显微结构进行了表征,研究了AC发泡剂对α相Si3N4粉体的形成和产物颗粒形貌的影响.结果表明,AC发泡剂能促进硅粉快速氮化,产物中α-Si3N4的含量随着AC发泡剂添加量的增加而增加.当AC发泡剂的添加量为24wt%时,产物中α-Si3N4的含量高达85.2wt%.对AC发泡剂作用下的燃烧合成Si3N4的反应机理做了初步探讨,研究表明:AC发泡剂的分解产物N2、CO、NH3不仅增加了坯体的透气性,而且改变了燃烧反应的传热和传质路线,从而促进了硅粉快速氮化和α-Si3N4粉体的生成.     

制备工艺对原位合成(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料显微组织影响及体系分析

以Al-SiO_2为反应体系,通过烧结反应原位合成了(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料。研究了第二相含量、烧结时间以及热锻压等工艺对(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料的第二相形貌、尺寸及分布的影响,探讨了原位合成(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料的生成机制。研究表明,Si相含量随着第二相含量的增多而增多且与Al和Al_2O_3相界限相对明显;随着烧结时间的延长,Si相面积相对减小,Al_2O_3相的数量相对增加;锻压后,Si相和Al_2O_3分布更加均匀且尺寸减小。复合材料在液相烧结的过程中,高温下的液相粘性流动以及在原位反应时发生的颗粒重排与固相的溶解和沉淀对材料的致密化产生了较大的作用,当烧结温度达到1000℃时,Al_2O_3颗粒数量、分布情况都得到明显地改善。     

Silicon purity controlled under electromagnetic levitation (SPYCE): influences on undercooling

The rapid evolution of photovoltaic Si production induced a shortage of high purity silicon raw material. The use of lowest purity silicon has a strong effect on the casting conditions and ingot structure and properties. During solidification, solute rejection at the growth interface leads to an increase of the impurities concentration in the liquid phase and then to the precipitation of silicon nitride and silicon carbide. As a consequence, the grain structure of the ingot changes from columnar to small grains, also known as grits. A new electromagnetic levitation setup which has been developed in order to measure the undercooling versus impurity concentration is presented. The impurity concentration in the levitated Si drop is controlled by the partial pressure of nitrogen or hydrocarbon gas. As nucleation is a random phenomenon, statistical measurements are presented, from samples which showed numerous heating/melting and cooling/solidification phases. The effect of carbon impurities on the undercooling of silicon droplet is discussed.     

Preparation of Submicron Silicon Nitride Powders via Self-propagating High-Temperature Synthesis

Nitridation of commercial ferrosilicon via self-propagating high-temperature synthesis is described. The nitrogen pressure is shown to influence the conversion and the combustion rate of the alloy. Dilution of the starting alloy with the final product or an ammonium salt influences the nitrogen content of the nitrided material. The high nitrogen content of the reaction products made it possible to isolate a sufficient amount of silicon nitride with a particle size of 0.43 μm by acid enrichment in an HCl solution. The microstructure of silicon nitride prepared under different conditions is studied by electron microscopy. Electron diffraction results indicate that the final product contains, in addition to the well-known α and β phases (hexagonal structure), tetragonal and orthorhombic Si₃N₄ polymorphs. __________ Translated from Neorganicheskie Materialy, Vol. 41, No. 12, 2005, pp. 1468–1473. Original Russian Text Copyright ? 2005 by Chukhlomina, Ivanov, Maksimov, Akhunova, Krivosheeva.