Ho_2O_3-Y_2O_3对熔融石英晶化性能的影响

以粒径≤0.10 mm的熔融石英粉为主要原料,添加质量比1%﹑2%﹑3%的复合添加剂Ho2O3-Y2O3,以聚乙烯醇溶液为结合剂,试样采用液压机成型,成型压强为50 MPa,试样烧成分别于1300℃﹑1350℃和1400℃埋碳保温1 h,对烧后试样进行了热膨胀率测试及XRD分析,以研究复合添加剂Ho2O3-Y2O3对熔融石英析晶的影响。结果表明:纯熔融石英的晶化程度随烧成温度的升高而不断增大;不同含量复合添加剂Ho2O3-Y2O3对熔融石英高温析晶均有不同程度的抑制作用,引入1%的Ho2O3-Y2O3对熔融石英在1400℃高温时的晶化具有最好的抑制作用。     

添加B4C对熔融石英陶瓷烧结和析晶的影响

在熔融石英粉中分别添加质量分数为0.5%、1.5%、2.5%、3.5%的B4C或者6%、9%的B2O3,所得生坯分别经1 150℃4 h、1 200℃4 h和1 350℃0.5 h热处理后,检测熔融石英陶瓷的体积密度、显气孔率、常温抗折强度和热膨胀系数,并分析其相组成和显微结构。结果表明:1)添加B4C可促进熔融石英陶瓷的烧结,但随B4C的增多,易形成较多的闭口气孔;2)添加3.5%(w)B4C的试样在40～730℃的平均热膨胀系数最小,为1.045×10-6℃-1;3)添加B4C可有效抑制熔融石英陶瓷的析晶,且添加B4C的效果优于添加具有相同硼含量的B2O3。     

热处理气氛对SiBON陶瓷材料析晶行为的影响

熔融石英陶瓷在使用过程中的析晶现象一直备受关注。采用XRD、SEM、FT-IR、XPS分析手段研究了SiBON陶瓷物相结构、表面形貌、化学键存在形式对其析晶行为的影响。结果表明,SiBON陶瓷在氮气保护条件下经1 550 ℃烧结后仍可有效抑制方石英的析出,同一温度在真空气氛下烧结制成的样品抑制析晶效果不佳。SiBON陶瓷的物相组成为非晶SiBON、Si₃N₄、BN,抑制析晶机理为B、N元素的掺杂使SiO₂中的Si—O—Si键转变为B—O—Si、Si—O—N键,由此生成的Si—B—O—N非晶结构提高了SiO₂的析晶活化能。     

添加纳米Y_2O_3或纳米ZnO对熔融石英陶瓷脱玻性能的影响

为提高熔融石英陶瓷材料抗析晶性能,以d_(50)=20μm、w(SiO_2) 99%的高纯熔融石英粉为主要原料,分别外加质量分数为1%、2%和3%的纳米Y_2O_3或纳米ZnO(粒度均100 nm),采用半干法压制成型,经1 300、1 350和1 400℃埋碳保温1 h烧成制备熔融石英陶瓷。通过XRD分析和热膨胀性能测试,研究了纳米Y_2O_3或纳米ZnO对熔融石英陶瓷脱玻性能的影响。结果表明:引入纳米Y_2O_3或纳米ZnO可以明显改善熔融石英陶瓷的脱玻性能,显著降低熔融石英陶瓷材料的线膨胀率;纳米Y_2O_3及纳米ZnO作为熔融石英陶瓷脱玻抑制剂的最佳添加量分别为2%及1%(w)。     

硅灰-氮化硅体系材料高温反应的研究

将硅灰(w(SiO2)=94.5%,平均粒度0.08μm)和氮化硅(粒度≤0.074mm)按1:1质量比混合后成型,在空气中埋炭条件下分别经1300℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃处理3h后水冷,对其显微结构及物相进行了分析。结果表明:在1550℃以上,以硅灰和氮化硅为原料反应生成Si2N2O比较明显,氮化硅颗粒的边角变得圆滑,而且分布在含Si2N2O的连续胶结相中,形成胶结相包裹Si3N4的致密结构;1500℃以下,氮化硅仍然棱角分明,基本上未形成Si2N2O,只是硅灰中的SiO2析晶,析晶比较显著的温度为1300℃。     

纳米ZnO或纳米Y2O3对熔融石英陶瓷烧结性能的影响

以高纯熔融石英粉为原料,分别加入相对于熔融石英粉质量1%、2%和3%的纳米ZnO或纳米Y2O3,经50 MPa压力成型后,在还原气氛中,于1 300、1 350和1 400℃保温1 h煅烧后,测定试样的显气孔率和常温抗折强度,并采用SEM分析试样的断口形貌。结果表明:引入纳米ZnO或纳米Y2O3可以明显地促进熔融石英陶瓷的烧结,纳米ZnO可大大提高熔融石英陶瓷材料的抗折强度并显著降低其显气孔率,纳米Y2O3作为熔融石英陶瓷助烧结剂的最佳加入量(w)为2%。     

Si_3N_4-Al_2O_3-SiO_2体系高温还原条件下的物相变化

以闪速燃烧合成的Si3N4(w(Si3N4)≥95%,粒度≤0.044 mm)、α-Al2O3微粉(w(Al2O3)≥99%,d50=1.2μm)及SiO2微粉(w(SiO2)≥92%,粒度≤μm)为原料,按照m(Si3N4):m(Al2O3):m(SiO2)=4:4:2比例混合,液压成型为φ20 mm×20 mm试样在埋炭(不接触焦炭)条件下分别于1 300、1 400、1 500、1 600℃保温6 h处理后进行XRD分析.结果表明:1 300 ℃的新生物相主要为Si2N2O和方石英,SiO2微粉方石英化明显;1 400 ℃的新生物相主要为Si2N2O、方石英和O'-SiAlON;1 500 ℃的新生物相为Si2N2O、方石英、O'-SiAlON、X相及莫来石;与1 500 ℃相比,1 600 ℃的新生物相没有变化,但是Si2N2O、O'-SiAlON、X相及莫来石的生成量增加明显,方石英生成量显著减少.     

Na2O-CaO-SiO2-MgO-Al2O3-ZnO微晶玻璃制备及晶化行为的研究

本文设计了Na2O-CaO-SiO2-MgO-Al2O3-ZnO体系,采用熔融法制备了以磷渣为主要原料的微晶玻璃,磷渣在微晶玻璃中的使用率达到67～75%,并利用XRD,SEM等确定了玻璃的最佳热处理制度,研究了Na2O对微晶玻璃析晶及特征的影响.结果发现经过 750 ℃核化4 h,850 ℃晶化2 h,得到主晶相为硅灰石(CaSiO3)和菱硅钙钠石(Na2Ca2Si3O9)的微晶玻璃.玻璃中表面析晶和整体析晶同时存在,其中Na2O可促进整体析晶和菱硅钙钠石的析出.     

纳米Nd2O3对熔融石英析晶机制的影响

利用XRD及Avrami方程对纯熔融石英陶瓷试样N-0与引入3%(w)纳米Nd2O3的熔融石英试样N-3进行等温析晶动力学过程研究。结果表明:两种试样的析晶机制相同,均为表面结构缺陷所致的不均匀成核类型,两种试样的晶粒生长方式均为二维生长伴随有一维及三维的生长方式,但加纳米Nd2O3的试样比不加的一维及三维生长程度更大;纳米Nd2O3的引入减少了熔融石英颗粒表面玻璃结构的"活性成核点",增加了熔融石英颗粒表面玻璃结构的稳定性,使析晶活化能由未加Nd2O3的874 kJ·mol-1提高到1 270 kJ·mol-1,明显降低了熔融石英的析晶率。     

ZrO_2/TiO_2/ZrO_2+TiO_2三种添加剂对CaO-BaO-SiO_2-B_2O_3封接玻璃析晶及抗折强度的影响

通过在CBSB(CaO-BaO-SiO_2-B_2O_3)中添加不同添加剂(无添加剂、TiO_2、ZrO_2、TiO_2和ZrO_2复合),利用熔融-退火法制备CBSB系封接玻璃,分别标记为CBSB0、CBSB1、CBSB2、CBSB3。利用差热分析、XRD分别表征不同添加剂对该体系玻璃析晶温度、析晶衍射强度的影响;利用SEM观察晶体的形貌,同时利用抗折强度来探究玻璃析晶前后力学性能的变化。结果表明:在CBSB中,少量(2.8wt.%)添加剂以[TiO_4]和[ZrO_4]四面体的形式存在于玻璃的网络结构,促进了玻璃的析晶温度向高温移动(析晶温度最高者是CBSB3,其析晶温度为868℃)。XRD的结果显示添加剂的引入在一定程度上抑制了BaAl_2Si_2O_8和Ba_2Ca(B_3O_6)_2的形成,且TiO_2的添加抑制效果最明显。结合SEM与抗折强度可以看出,玻璃内析出片状晶体,提升了玻璃的抗折强度,CBSB2在800℃热处理后抗折强度最大,其值为125.26 MPa。     

外加剂对熔融石英陶瓷烧结性能的影响

为改善熔融石英陶瓷材料的低温烧结性能 ,选用石英玻璃粉为主要原料 ,研究了H3 BO3 、B4C、Si、SiC、CeO2 和Y2 O3 六种外加剂对熔融石英陶瓷烧结性能的影响。结果表明 :添加Si、SiC、CeO2和Y2 O3 时对熔融石英陶瓷的低温烧结的促进作用较小 ;H3 BO3 和B4C能有效地促进熔融石英陶瓷的烧结 ,加入相同量的H3 BO3 和B4C外加剂时 ,B4C对材料烧结性能的影响明显强于H3 BO3 。H3 BO3 的高温分解产物和B4C的氧化产物均为B2 O3 ,高温下B2 O3 能增加材料中的液相生成量 ,加快材料的扩散传质 ,从而促进材料的烧结。     

多孔Si_3N_4/BN复相陶瓷的常压烧结制备

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,Yb2O3-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%的多孔Si3N4/25%h-BN复相陶瓷。研究了Yb2O3添加量对Si3N4/25%BN复相陶瓷力学性能的影响,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微结构。结果表明:随着Yb2O3添加量增加,制备的Si3N4/25%BN复相陶瓷的气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。Yb2O3添加量为2%(质量分数)时,Si3N4/25%BN复相陶瓷的气孔率为15.1%,相对密度为72.8%;当Yb2O3添加量提高至15%时复相陶瓷的气孔率增加至32.1%,相对密度则降至60.3%。同时随着Yb2O3添加量增加,复相陶瓷的室温抗弯强度先增大后减小,Yb2O3含量为4%时,室温抗弯强度呈现最大值,可达264.3MPa。     

不同烧结助剂制备的Si_3N_4陶瓷的氧化行为

以α-Si3N4粉末为原料,分别以Y2O3-La2O3和Y2O3-CeO2为烧结助剂,利用热压烧结法制备了Si3N4陶瓷。研究了Si3N4陶瓷样品在空气中高温下的氧化行为。结果表明:原始的α-Si3N4在烧结过程中完全转化为β-Si3N4。在1000～1350℃氧化100h后,用Y2O3-La2O3烧结助剂制备的样品表现为质量增加趋势,质量变化小于0.389mg/cm2,其氧化过程符合抛物线规律。用Y2O3-CeO2烧结助剂制备的样品,在1000℃氧化后表现为质量减小,为-0.248mg/cm2;在1230℃和1350℃表现为质量增加,分别为0.024mg/cm2和0.219mg/cm2,并且其氧化过程不符合抛物线规律。样品的氧化过程主要受2个扩散过程的控制,即稀土元素的向外扩散与氧的向内扩散。     

三维网络结构多孔氮化硅陶瓷增强体的制备

以Si3N4和Si粉为主要原料,Al2O3、Y2O3等为助剂,制备Si3N4料浆,用有机前驱体浸渍和二次烧成工艺来制备具有网络结构的多孔氮化硅陶瓷增强体.结果表明:二次烧成能显著提高材料性能,烧成温度在1600～1700℃为宜.用XRD、SEM、XEDS等对二次烧成材料的显微结构和晶相进行分析,研究二次烧成制度改善材料性能的原因,以利于更好的优化工艺.     

烧结助剂含量对多孔Si3N4/BN复合陶瓷力学性能和介电性能的影响

以Si3N4和BN为原料,叔丁醇为溶剂,SiO2、Y2O3和Al2O3为烧结助剂,采用凝胶注模成型工艺制备具有高强度、低介电常数多孔Si3N4/BN复合陶瓷。研究了Y2O3和Al2O3含量对多孔陶瓷气孔率、孔径分布、物相组成、显微结构、抗弯强度和介电常数的影响。结果表明:通过调节Y2O3和Al2O3含量,多孔Si3N4/BN复合陶瓷的气孔率由55%增加到68%,气孔尺寸呈单峰分布,平均孔径为0.89～1.02μm;抗弯强度和相对介电常数随Y2O3和Al2O3含量的增加而单调增大,抗弯强度和相对介电常数的变化范围分别为29.9～60.9 MPa和2.30～2.85;通过调节Y2O3和Al2O3含量调控气孔率,能够获得介电性能和力学性能可调的高性能透波材料。     

Si粉氮化法合成Si3N4-SiC材料

以SiC、Si粉和Al2O3微粉为主要原料,羧甲基纤维素(CMC)为临时结合剂,采用氮化反应烧结法合成了Si3N4-SiC材料,主要研究了Si粉的粒度(≤0.074、≤0.044 mm)和加入量(质量分数分别为15%、17%、19%、21%)、烧成温度(分别为1 380、1 400、1 420、1 430、1 440、1 460和1 480℃)、Al2O3微粉添加量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%,取代相应量的SiC粉)对Si3N4-SiC材料的显气孔率、体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度、高温抗折强度及Si3N4含量的影响。结果表明:1)采用粒度较细Si粉的试样具有较高的致密度、常温强度、高温抗折强度和Si3N4含量;随着Si粉加入量的增加,试样的致密度略有增大但变化不大,常温强度和Si3N4含量逐渐增大,而高温抗折强度先增大后减小;2)适当提高烧成温度会明显改善Si3N4-SiC材料的高温抗折强度,但当温度超过1 440℃反而略有下降;3)添加Al2O3微粉对烧后试样的致密度、常温强度和高温抗折强度有益。综合来看,Si粉的适宜添加量(质量分数)为17%,较适宜的烧成温度为1 420～1 440℃,Al2O3微粉的适宜添加质量分数为2%。     

反应烧结制备多孔β-sialon/Si_3N_4陶瓷

以Si粉和Al2O3空心球为原料,采用反应烧结后高温烧结法制备了多孔β-sialon/Si3N4陶瓷。X射线衍射结果表明:在0.25MPa的氮气压力下于1300℃反应烧结2h后在0.25MPa的氮气压力下1700℃及1750℃高温烧结2h,制备的样品的组成为β-sialon(Si6-zAlzOzN8-z,z=3)及β-Si3N4,随着烧结温度由1700℃升高至1750℃,β-sialon的相对质量分数由29.9%增加至56.8%。场发射扫描电镜观察结果表明:1750℃高温烧结样品的显微结构由大孔β-sialon及疏松的β-Si3N4基体组成。1750℃高温烧结后,样品的气孔率为28%,抗弯强度为92.5MPa。     

氮化硅铁在Al2O3-C体系中的高温行为

为了研究高温条件下Al2O3-C体系中氮化硅铁的状态,以闪速燃烧合成氮化硅铁、炭黑、刚玉粉为原料,将试样在高温炉中分别加热至1 450、1 500、1 600℃保温5 h,急速水冷后,对其进行XRD和显微结构分析。结果表明:1 450℃烧后试样的物相包含β-Si3N4、α-Si3N4、α-Al2O3和Fe3Si;1 500℃烧后试样的物相为β-Si3N4、SiC、α-Al2O3和Fe3Si;1 600℃烧后试样中Si3N4大部分转变为SiC,其他物相未发生变化。在升温过程中,氮化硅逐渐转化为碳化硅,材料结构致密。     

配碳量对锆英石和氧化铝碳热还原氮化合成ZrN-SiAlON的影响

为了降低合成成本,以低能耗、低成本的天然锆英石、工业氧化铝和焦炭为原料,采用碳热还原氮化法合成了ZrN-SiAlON复相材料。根据反应方程式3Al2O3+6ZrSiO4+27C+8N 26ZrN+2Si3Al3O3N5+27CO设计锆英石和工业氧化铝的原料配比,改变还原剂焦炭的配入质量分数(分别为理论用量、过量5%、过量10%、过量20%),经球磨混合、成型、干燥后,在流动氮气中分别于1 500、1 550、1 600℃保温4 h合成,自然冷却后分析合成产物的相组成和显微结构。结果表明:1)在合成温度为1 500℃时,配碳量的增加有助于ZrN的生成;2)在合成温度为1 550℃时,配炭量过量20%的试样中有15R型的多型体SiAlON(即SiAl4O2N4)生成;3)在合成温度为1 600℃时,配碳量为理论量和过量5%的试样中的多型体SiAlON为15R型,而配碳过量10%和20%的试样中的多型体SiAlON则主要为12H型(即SiAl5O2N5)。