催化氮化反应Si_3N_4增强SiC基复相耐高温材料的研究

为解决Si_3N_4结合SiC复相材料氮化不完全产生"黑心"/"夹心"以及强度有待提高的问题,本文在探讨Fe、Co、Ni等催化剂对Si粉催化氮化过程的基础上,研究了催化剂Co的加入对原位催化Si粉氮化反应形成Si_3N_4结合SiC复相耐高温材料的物理性能与显微结构特征的影响。结果表明:催化剂Fe、Co、Ni能够有效促进Si粉的氮化以及Si_3N_4纤维的形成,同时能够降低氮化反应的温度。1400℃氮化烧结后,当Co加入量为0.5wt.%时催化氮化制备的Si_3N_4结合SiC复相材料的强度达到最大60.2 MPa,比未添加Co的提高了88.7%,可能是由于形成了大量的纤维网络结构强化了SiC基质。     

四种熔盐对熔盐法合成铁铝尖晶石粉的影响

以Fe2O3粉、Al2O3粉和石墨粉为主要原料,分别以NaCl、KCl、NaCl-KCl和NaCl-Na2CO3为熔盐介质,采用熔盐法在1000℃高纯氮气气氛中保温3 h合成铁铝尖晶石粉,然后对合成铁铝尖晶石粉进行XRD、SEM-EDS和粒度分析.结果表明:以NaCl-Na2 CO3作为熔盐介质未能合成出铁铝尖晶石,因...     

铁纳米颗粒催化氮化硅粉

以Fe纳米颗粒为催化剂,采用催化氮化的方法制备氮化硅。结果表明:加入2%的Fe纳米颗粒,1 350℃保温2h催化氮化后,试样中的残余硅含量小于5%,而相同条件下无催化剂的试样中,单质硅的残余率高达50%。催化氮化制得的Si3N4试样中存在大量的晶须状Si3N4,其直径在40~200nm,长度可达几微米至十几微米。Si3N4晶须的生长机理主要为气相--液相--固相机理与固相--液相--气相--固相机理。     

熔盐中镁热还原合成二硼化钛纳米粉体

以二氧化钛、硼粉、三氧化二硼、钛粉为原料,金属镁粉为还原剂,在NaCl—KCl熔盐中利用镁热还原法合成了TiB2纳米粉体。研究了TiO2—Mg—B和B2O3—Mg—Ti体系在熔盐中合成TiB2粉体的反应过程及机理,分析了两体系中合成TiB2的起始温度、最佳温度、形貌和尺寸的差异,对粉体的物相组成及显微结构进行了表征。结果表明:2个体系合成TiB2的起始温度均为800℃,TiB2的结晶性及纯度随温度升高而提高,最佳合成温度均为1 000℃。经1 000℃保温4h后,TiO2—Mg—B体系合成的TiB2粉体形貌不规则,颗粒尺寸约为30~100nm;而在相同条件下,采用B2O3—Mg—Ti体系合成的立方形态的TiB2粉体颗粒尺寸约为40~200nm。B2O3在NaCl—KCl熔盐中的溶解度较TiO2高,更易被金属Mg还原,因此,B2O3—Mg—Ti体系合成的TiB2结晶性优于TiO2—Mg—B体系。     

Ni纳米颗粒催化氮化反应制备氮化硅粉体

采用化学原位还原法将Ni纳米颗粒均匀负载于Si粉表面,研究了Ni纳米催化剂用量对不同温度(1 200~1400℃)时Si粉的氮化行为的影响及Si_3N_4粉体的形成及机理。结果表明:含2%(质量分数,下同)Ni纳米催化剂的样品1 350℃氮化2 h后,其中残留的Si含量仅为3%;Ni纳米催化剂的引入可以有效地促进Si_3N_4晶须的生成;密度泛函理论计算表明,Ni纳米颗粒催化剂可以促进N_2分子在较低温度下解离为N原子,进而加快了Si粉的氮化。     

原位催化氮化制备β-SiAlON结合SiC材料

以SiC颗粒、Si粉、Al粉和活性α-Al₂O₃粉为原料,以Fe为催化剂,采用原位催化氮化法制备了β-SiAlON（z=3）结合SiC材料。研究了氮化温度（分别为1 350、1 400和1 450℃）和Fe加入量（分别为Si粉质量的1%、2%和3%）对合成材料的物相组成、显微结构、显气孔率、体积密度和高温抗折强度的影响。结果表明：氮化温度以1 400℃为佳,Fe加入量以Si粉质量的1%为佳;加入Si粉质量的1%的Fe、在1 400℃保温3 h氮化制备的试样中生成的β-SiAlON晶须直径较为均匀,试样的氮化程度、致密度和高温抗折强度均较大。     

FeSi对Si3N4结合SiC材料烧结性能的影响

以碳化硅(SiC)、硅铁(FeSi)粉、硅(Si)粉为主要原料,在氮气气氛下1380℃保温5h制得氮化硅结合碳化硅制品,研究了硅铁粉加入量对试样常温力学性能的影响.结果表明:硅铁粉引入量＜2.0%时,由于Fe促进了Si的氮化反应,随着硅铁粉增加,制品致密化程度增加,常温耐压强度增大;但当硅铁粉＞2.0%时,可能由于硅铁粉催化加剧,局部硅粉温度过高,造成流硅现象,使制品力学性能下降.     

熔盐法制备镁铬尖晶石粉体的研究

以MgCl2.6H2O、CaCO3和Cr2O3为原料,在NaCl、KCl复合熔盐介质中合成了MgCr2O4粉体。通过热重-差示扫描热量计(TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)等手段对反应过程及产物进行了分析和表征,结果表明,在CaCO3、MgCl2.6H2O、Cr2O3原料在反应过程中生成了MgO,800℃热处理后MgO与Cr2O3反应生镁铬尖晶石;温度的升高和保温时间的延长有利镁铬尖晶石的生长及发育,随着热处理温度的升高和保温时间的延长,镁铬尖晶石晶体结晶程度增大,粉体粒径增大。     

以酚醛树脂为碳源低温催化反应合成碳化硅粉体

以硅粉和液态酚醛树脂为原料,硝酸镍为催化剂前驱体,采用催化反应的方法制备了碳化硅粉体。研究了反应温度、催化剂用量、保温时间和碳硅摩尔比等对合成碳化硅粉体的影响,采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了产物的物相组成和显微结构。结果表明:无催化剂时,β-SiC的合成条件为1 350℃保温3 h,所合成的β-SiC大部分为颗粒状,仅有极少量晶须生成;当添加0.50%的Ni作催化剂、n(C):n(Si)=1.2:1.0时,1 300℃保温3h即可合成纯相的β-SiC,且制备的试样中有大量β-SiC晶须生成。β-SiC晶须的生长机理主要为固-液-气-固机理。     

盐浴法合成Cr_2AlC陶瓷粉体工艺研究

Cr_2Al C陶瓷因其高电导和良好的高温抗氧化能力可应用于高温微波吸收领域而备受关注。本文以Cr_3C_2粉、Al粉、Cr粉为原料,在BaCl_2、KCl和NaCl混合盐浴中合成了Cr2AlC陶瓷粉体,并借助X射线衍射技术研究了原料组成、合成温度以及保温时间对合成粉体物相的影响。结果表明:铝含量的不足,会引起反应不充分,合成粉体中残留较多的Cr3C2;当铝过量达到30 wt%,原料中剩余的Al会氧化成Al_2O_3;随着合成温度的升高,合成粉体中Al_2O_3和Cr_3C_2相的量减少,但合成温度过高,合成粉体中会出现Cr7C3相;保温时间不足,合成粉体中有较多的Al_2O_3和Cr_3C_2相,保温时间过长,合成粉体中也会出现了Cr_7C_3相。当铝过量20 at%,合成温度为970℃,保温2 h时,可批次稳定地得到高纯度Cr_2AlC陶瓷粉体。     

Fe对硅粉氮化的影响

以硅粉为原料,Fe和尿素作为添加剂,用直接氮化法制备氮化硅。经XRD和SEM分析,结果表明:在1350℃/10h的氮化条件下,所制备的Si3N4以α相为主,颗粒尺寸大约在1.8～4.5μm范围,平均尺寸为3.3μm。添加剂Fe和尿素对硅粉的氮化有一定的促进作用。     

熔盐法快速合成BiFeO3粉体

以Bi2O3和Fe2O3为铋源和铁源,采用NaNO3和KNO3复合熔盐法快速合成BiFeO3粉体.研究了熔盐温度、熔盐比例、保温时间和冷却速率对合成粉体物相演变的影响,探讨了复合熔盐法合成BiFeO3的形成过程.熔盐温度为500℃时,Bi2O3和Fe2O3间开始反应生成Bi25 FeO40相;熔盐温度升高到600℃时,开始生成少量BiFeO3;熔盐温度继续提高到650℃与700℃时,几乎都形成纯相BiFeO3,但仍有微量Bi25 FeO40和Bi2 Fe4O9相.淬火抑制BiFeO3的分解,系统研究后发现:当熔盐比为5∶1时,700℃保温10 min后淬火合成粉体几乎为纯相BiFeO3.     

B位离子对Ce0.8Mg0.2BO3催化甲烷燃烧性能的影响

以NH_4HCO_3为沉淀剂,采用共沉淀法制备Ce_(0.8)Mg_(0.2)BO_3(B=Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu)系列催化剂,用XRD、BET、H_2-TPR、TG-DSC、FT-IR和SEM等手段对其进行物理性能表征,并对其进行催化甲烷燃烧性能测试,考察不同B位离子对钙钛矿催化剂性能的影响。结果表明:以共沉淀法制备不同B位离子的Ce_(0.8)Mg_(0.2)BO_3(B=Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu)系列催化剂,经过800℃高温焙烧后,可形成完整的钙钛矿晶型。其中Ce_(0.8)Mg_(0.2)NiO_3催化甲烷燃烧活性最好,起燃温度T_(l0%)为410℃,完全转化温度T_(90%)为547℃。     

Co纳米颗粒低温催化合成3C-SiC纳米线及其光致发光性能

以膨胀石墨和硅粉为原料、Co(NO₃)₃·6H₂O 为催化剂前驱体,在流动 Ar 气中合成了 3C-SiC 纳米线。研究了反应温度、催化剂用量对合成 3C-SiC 粉体反应的影响。用第一性原理计算分析了 Co 纳米颗粒的催化机理,研究了 3C-SiC 纳米线的光致发光性能。结果表明：催化剂 Co 的引入降低了硅粉碳化反应生成 Si C 的开始反应温度和完全反应温度。催化剂 Co的加入量为 3% (质量分数)时,1 573 K 保温 3 h 反应后合成的 3C-SiC 纳米线的直径为 50～60 nm,长度约几十微米,其生长机理主要为气–固反应。Co 纳米颗粒与反应物之间的吸附作用降低了 C=C 键、C—O 键和 Si—O 键的结合,从而促进了 Si C的成核与生长。激发波长为 254 nm 时,3C-SiC 纳米线的室温光致发光谱的特征峰在 307 nm,该纳米线在光电子纳米材料领域有良好的应用前景。     

臭氧催化分解的研究

研究了多种单组分和双组分金属氧化物对臭氧催化分解的活性,单组分时催化分解活性次序为：Co＞Mn≈Ni＞Cr＞Fe＞Zn＞Mg＞Cu＞Ag＞Sn ＞Pb＞U＞Cd＞Al＞Si≈Bi≈Ce≈CaCO₃≈La＞Na。实验结果表明,几种双组分金属氧化物的催化分解活性主要由较高活性的金属氧化物所决定,并与两组分的比例有关。实验还表明,催化剂的催化分解活性与制备催化剂时的灼烧温度和时间有关,催化剂前驱体采用硝酸盐时比较合理的灼烧条件为：500 ℃,4 h。     

熔盐介质和合成温度对镁热还原法合成h-BN粉体的影响

为了在较低温度和较短时间内合成h-BN粉体,以硼砂和镁粉为原料,以n(NaCl)n(MgCl_2)分别为1:3、1:1和3:1的3种NaCl-MgCl_2和n(KCl)n(MgCl_2)为1:1的KCl-MgCl_2为熔盐介质,在氮气气氛中分别于800、1 000和1 200℃保温3 h,采用镁热还原法合成h-BN,经5%(w)的盐酸溶液浸泡、抽滤、洗涤、干燥、研磨后得到产物粉体,并进行XRD和SEM分析,研究了不同种类和配比的熔盐介质及合成温度对合成产物的物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)在本试验的不同熔盐介质和不同温度下合成的产物粉体均由纯相h-BN组成,但h-BN的结晶度随合成温度的升高而逐渐提高:在NaCl-MgCl_2熔盐介质中于1 000℃制备的产物中有片状h-BN,在1 200℃出现层叠层片状h-BN,而在KCl-MgCl_2熔盐介质中于1 200℃才有片状h-BN。2)在NaCl-MgCl_2熔盐中通过镁热还原法合成h-BN粉体,不仅克服了其他方法合成温度高的缺陷,同时还有效地控制了h-BN晶粒的尺寸和形貌。     

干熄焦炉用原位生成AlN晶须增强莫来石-碳化硅质耐火材料

为了提高干熄焦炉斜道支柱用耐火材料的强度与韧性,在莫来石-碳化硅耐火砖中引入不同量的Al粉(其质量分数分别为2%、4%、6%和8%),并研究了Al粉粒径(中位粒径分别为74、38和13μm)、氮化温度(600、850、1 000和1 200℃)及催化剂(分别为纳米Fe粉与氮化硅铁,外加质量分数均为0. 5%)对其在氮气气氛下烧成后结构与性能的影响。结果表明:随着Al粉加入量的增加,试样的高温抗折强度逐步提高,Al粉的加入量(w)为6%时,其高温抗折强度可达41. 3 MPa,是普通莫来石-碳化硅耐火砖的3倍以上;在5 MPa载荷作用下,经7次循环后,1 400℃时普通莫来石-碳化硅耐火砖试样发生断裂,而添加Al粉的试样在18 MPa载荷作用下还可继续承受载荷循环作用;升温至800℃左右,材料中的Al与N_2反应生成AlN,继续升高温度或延长保温时间,生成了AlN晶须;添加微量的纳米Fe粉催化剂,600℃氮化气氛处理后即生成了AlN,850℃形成了AlN晶须,从而使试样的强度和韧性显著提高。综合考虑各项性能,Al粉的适合加入量为6%(w),最佳Al粉的中位粒径为38μm,最佳催化剂为纳米Fe,其对应的最佳氮化温度为850℃。     

纳米CuCl催化直接法合成三乙氧基硅烷

为研发高效的催化剂和深入认识直接法合成三烷氧基硅烷反应的机理，采用水热合成法制备了纳米CuCl催化剂，并用于催化乙醇与硅粉直接合成三乙氧基硅烷。探究了硅粉粒度、反应时间、硅粉与催化剂混合物预处理温度和预处理时间等因素对硅粉转化率、三乙氧基硅烷选择性的影响。结果表明：硅粉粒度为0.074 mm(200目)、反应时间为2 h、硅铜预处理温度和时间分别为260℃和8 h时催化效果最佳，硅粉转化率为93.6%，三乙氧基硅烷的选择性达99.6%。同时，结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线能谱（EDS）等表征结果，探讨了催化剂预活化和反应过程失活的内在作用机制。     

水热法制备纳米镍锌铁氧体粉体及其磁性能

用水热法分别在200℃和220℃下反应5h制备了纳米级镍锌铁氧体(Ni0.5Zn0.5Fe204)粉体.用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析合成的纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4的物相,结果表明:200℃水热反应5h得到的纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体中含有γ-Fe2O3,220℃水热反应5h可以得到纯纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体.用透射电镜(transmission electron microscope,TEM)、M(o)ssbauer谱(M(o)ssbauer spectroscopy,MS)、Fourier红外分析(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、振动样品磁强计(vibrating sample magnetometer,VSM)等方法表征纯纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体.TEM结果表明:纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体粒子为球形,粒径约为20nm.室温MS结果表明:大部分纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体粒子表现出铁磁性,少量的表现出超顺磁性.FTIR分析表明:样品在577 cm-1和420 cm-1处出现NiZn铁氧体的特征峰.磁滞回线结果表明:纳米Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体粒子的饱和磁化强度为38.14A·m2/kg,剩磁为17.32A·m2/kg,矫顽力为29 275.29A/m.     

低碳烯烃叠合法柴油合成催化剂的研究与探讨

探讨了Fe2/3xNi1-xSO4-助剂/g-Al2O3催化剂对丙烯叠合柴油反应的催化性能.考察了Fe/(Fe Ni) 原子分率和SO2-4/(Fe Ni)摩尔比的影响及加入助剂的效果,发现Fe/(Fe Ni) 原子分率0.72和SO2-4/(Fe Ni)摩尔比在1.2～2.2,催化剂活性和选择性最高.加入助剂P2O5效果较好.通过NaOH对催化剂的中毒及其对催化活性的关联,证明该催化剂上的丙烯叠合反应是以酸催化反应机理进行.