SiGw/MoSi2的化学炉自蔓延高温合成及反应过程研究

采用"化学炉"自蔓延高温合成(COSHS)技术,成功地原位合成了SiCw/MoSi2复合粉体.通过在原料中引入Si3N4晶须,在产物中获得了SiC晶须.XRD结果表明,产物中除了主要的MoSi2和SiC相,还含有少量的Mo4.8SiC0.6.研究了中间产物的相组成和反应过程中的温度变化,指出"化学炉"自蔓延合成SiCw/MoSi2复合粉体的反应过程包括如下两步反应:①Mo与Si自蔓延反应生成MoSi2;②Si3N4与C反应生成SiC和N2.     

“化学炉”辅助燃烧原位合成SiC/MoSi_2复合材料

以Mo、Si和C单质粉为原料,采用自蔓延原位合成技术制备10%SiC、20%SiC(体积分数)强韧化MoSi2复合材料,并从理论上计算了自蔓延燃烧反应绝热温度.结果表明,常规自蔓延能够合成10%SiC/MoSi2复合粉体,而通过"化学炉"辅助燃烧能够合成20%SiC/MoSi2材料.复合粉末主要由MoSi2和SiC相组成,SiC颗粒分布均匀,与MoSi2基体结合良好,其断裂机理为穿晶断裂.     

碳热还原粉煤灰物相变化规律

在感应炉中,空气气氛下,以粉煤灰为原料,木炭为还原剂,不同温度条件下对粉煤灰还原反应过程及合金进行研究。利用XRD,SEM-EDS技术对还原产物进行分析检测。结果表明,碳还原粉煤灰分为4个阶段：（1 373～1 673 K）Fe2O3和碳反应生成铁;（1 773～1 873 K）石英和碳反应生成SiC,莫来石发生分解并与碳反应生成SiC和Al2O3;（1 973～2 173 K）石英除生成较多SiC,还有少量Si生成,部分Al2O3和空气中的氮气生成Al5O6N,并最终分解成Al2O3和AlN;2 273 K氧化铝和SiC,C反应生成Al,Si,AlN和碳反应生成Al。高温下有气态的SiO,Al2O产生,造成部分铝硅损失。合金由3个相组成,3者相互混合存在,除含有较多Al,Si,Fe,Ca外,还含有部分SiC。在合适的配碳量下,Al2O3对SiC的生成有抑制作用。     

原料组成对Ti_3SiC_2粉体合成的影响

分别以Ti/Si/Cg/Al、Ti/Si/Ti C和Ti H2/Si/TiC混合粉末为原料,采用球磨和保护气氛无压烧结法制备Ti3SiC2陶瓷粉末,利用X射线衍射仪和附带能谱仪的场发射扫描电子显微镜对所制备Ti3SiC2粉末的物相、表面形貌、显微结构及元素分布进行对比分析,探讨原料组成对Ti3SiC2粉体合成的影响。结果表明,添加铝对Ti3SiC2粉体合成有显著促进作用,用Ti/Si/Cg/Al组分合成的Ti3SiC2粉体的组织结构最优。     

原料组成对Ti3SiC2粉体合成的影响机制

分别以Ti/Si/Cg/Al、Ti/Si/TiC和TiH2/Si/TiC混合粉末为原料,通过球磨和保护气氛无压烧结法,制备Ti3SiC2陶瓷粉末。利用X射线衍射仪和附带能谱仪的场发射扫描电子显微镜对所制备Ti3SiC2粉末的物相、表面形貌、显微结构及元素分布进行对比分析,并探讨原料组成对Ti3SiC2粉体合成的影响机制。结果表明：添加Al元素对Ti3SiC2粉体合成有显著促进作用,用Ti/Si/Cg/Al组分合成的Ti3SiC2粉体的组织结构最优。     

原料组成对Ti3SiC2粉体合成的影响

分别以Ti/Si/Cg /A1、Ti/Si/TiC和TiH2/Si/TiC混合粉末为原料,采用球磨和保护气氛无压烧结法制备Ti3SiC2陶瓷粉末,利用X射线衍射仪和附带能谱仪的场发射扫描电子显微镜对所制备Ti3SiC2粉末的物相、表面形貌、显微结构及元素分布进行对比分析,探讨原料组成对Ti3SiC2粉体合成的影响.结果表明,添加铝对Ti3SiC2粉体合成有显著促进作用,用Ti/Si/Cg/Al组分合成的Ti3SiC2粉体的组织结构最优.     

复合氧化钼压块自还原过程试验研究

对复合MoO_3压块自还原反应中还原剂和抑制剂抑制MoO_3的升华过程进行了热力学分析,并结合热重实验研究了SiC(C)和CaO对MoO_3升华的抑制效果,通过复合MoO_3压块自还原实验,研究还原剂类型和配比、还原温度及CaO加入比例对MoO_3压块反应后物相组成的影响。结果表明,当C(SiC)与CaO混合加入到复合MoO_3压块中时,对MoO_3升华的抑制效果优于只加入C(SiC)或CaO;加入C或SiC的复合MoO_3压块自还原反应是一个分段式还原的过程,随着反应温度的升高,MoO_3被依次还原为MoO2、Mo;同时,提高CaO的加入量,产物中CaMoO4比例提高,能更有效地抑制MoO_3的升华。     

原位无压反应烧结制备SiC-MoSi_2复合材料及其性能研究

利用原位无压反应烧结方法制备了不同配比的SiC/MoSi2复合材料,分析了烧结工艺对产物的影响,研究了原位生成的SiC颗粒对MoSi2基体材料室温力学性能和显微结构的影响.结果表明:原位反应烧结制备SiC/MoSi2的工艺是可行的,反应生成的适量SiC颗粒细化了基体晶粒,改善了其力学性能;与该工艺下制备的纯MoSi2相比,含10%SiC的SiC/MoSi2复合材料室温抗弯强度提高了181%,该复合材料的强化机制为细晶强化和弥散强化,韧化机制为细晶增韧和裂纹偏转.     

Cu包裹MoSi2复合粉体的制备工艺

用工业MoSi2粉,采用非均相形核法,球磨活化30h,制备Cu包裹MoSi2复合粉体,研究酸性和中性环境中Cu的包裹情况,用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、电子探针等分析手段对复合颗粒进行表征.结果表明,经过包覆反应能够得到大部分包裹着Cu相的MoSi2颗粒.在中性环境中生成的Cu微晶多为球形,而在酸性环境中Cu微晶部分呈规则多面体形状部分呈球形,且有少量Cu2Cl(OH)3形成,两种复合粉体中均有Cu2O存在,这是纳米Cu微晶自发氧化的结果.     

添加剂CoO对超电容器用电极材料--改性氮化钼电极性能的影响

MoO3和CoO混合物与NH3通过程序升温反应,运用XRD和SEM对氮化产物———电极材料进行表征和表面形貌研究。结果表明氮化产物中有Co3N的生成,添加CoO后,电极成膜物质的晶粒规整化程度提高,生成了γMo2 N纳米级的晶体。γMo2 N及其复合电极循环伏安法测量表明,复合电极具有较好的稳定性和重现性。相同条件下,复合电极比电容是未加添加剂的2倍,工作电势拓宽0 3V。     

铝电解用后Si3N4结合SiC耐火材料提纯技术研究

本文研究了用后Si3N4结合SiC耐火材料的主要化学组成、矿物组成、硬度和氟化钠的堪布特性，研究了影响其提纯效果的酸浸条件，结果表明通过水浸-酸浸联合流程可以得到纯度96.45%的Si3N4结合SiC耐火材料，Na、F浸出率分别达到了91.89%、97.80%，主要杂质相是SiO2、莫来石、SiCN、AlN等     

煤矿大型高锰钢托轮的新型刀具切削试验研究

采用新型复合SiC，Si3N4和TiN涂层硬质合金刀具对高锰钢进行了切削加工对比研究.试验条件为进给量0.3 mm/r，切削速度为0.5 mm，干切.测量了切削温度、后刀面磨损量与切削时间或切削速度的关系曲线，以及刀具前后刀面的显微磨损、破损形貌和化学变化.试验表明，复合SiC是切削高锰钢较理想的刀具，在切削效率和经济效益上均优于TiN涂层硬质合金和复合Si3N4刀具；高锰钢在脆化温度范围内（400～800 ℃）极易导致TiN涂层硬质合金和复合Si3N4脆性破裂，而复合SiC在此时仅发生机械磨损；在切削温度高于高锰钢的脆化温度时，复合SiC和复合Si3N4都会发生扩散磨损.     

干摩擦条件下稀土-Mo5Si3/MoSi2复合材料的摩擦磨损性能

采用高温自蔓延合成了含0.8%稀土-5at%Mo5Si3/MoSi2复合材料粉末,经冷压和高温真空烧结成试样.在MRH-5A型环-块摩擦磨损试验机上,考察了其与调质45#钢配对时的摩擦磨损特性.运用带有微探针的JSM-5610LV型扫描电子显微镜,观察与分析了其磨损表面形貌和相的组成,探讨了该材料的磨损机理,结果表明在干摩擦同等条件下,稀土-Mo5Si3/MoSi2复合材料比纯MoSi2材料具有更好的抗磨损性能,其磨损率比纯MoSi2的至少降低了72%.在低pv值时,稀土-Mo5Si3/MoSi2复合材料的主要磨损失效形式为磨粒磨损和轻微粘着磨损而当pv值≥81.12 N·m/s,则主要为粘着磨损和疲劳断裂.     

热喷涂制备MoSi2高温结构材料的工艺研究

通过大气等离子喷涂制备了MoSi2结构材料,研究了热等静压对MoSi2构件微观结构及性能的影响.结果表明:喷涂成形件主要由MoSi2、Mo5Si3、Mo3Si和Mo组成,呈典型的层状结构特征,内部孔隙和裂纹较多.粉末部分氧化造成硅元素挥发,导致材料出现贫硅现象,使成形件内部存在富钼相.热等静压处理后,MoSi2构件内部孔隙、缝隙减小,致密化效果明显.经1 600℃处理后,MoSi2构件的密度达到6.29 g/cm3,较处理前提高了5.0％;同时其显微硬度也有一定升高.     

用金尾矿合成Ca-α-SiAlON/SiC粉体

以河南灵宝金矿尾矿为主要原料,配入适量硅砂和分析纯CaO调整组分,利用碳热还原氮化法合成Ca-α-SiAlON/SiC粉。结果表明：Ca-α-SiAlON的形成与体系温度及CaO掺量有关。随反应温度升高,反应产物依次为SiC、α-Si₃N₄、β-Si3N4和Ca-α-SiAlON,α-Si₃N₄、β-Si₃N₄和SiC是合成Ca-α-SiAlON的中间产物。在烧结温度为1 600 ℃,保温时间为5 h,CaO按化学计量（4.2%）配入的条件下,可获得良好的Ca-α-SiAlON和SiC复合产物,其中Ca-α-SiAlON相对比例约占72%,形貌为柱状晶。     

铝-硅复合还原氮化合成矾土基β-SiAlON的研究

以高铝矾土(Al2O3含量68%)、金属铝粉和硅粉为原料,按一定比例配料、混料,将混合均匀的试样,在1100℃~1550℃氮化处理6h,然后测定氮化试样的重量变化率,借助XRD、 SEM及EDS等手段,分析试样的物相组成、显微结构和微区成分.对比单一还原剂铝、硅的反应过程,研究铝-硅复合还原剂还原氮化合成矾土基β-SiAlON的反应过程及机理.结果表明:1100℃,铝粉氮化生成AlN,同时铝粉还原SiO2生成Si; 1200℃,硅粉氮化生成Si3N4,同时有硅粉、氮气和SiO2反应生成Si2N2O; 1300℃~1350℃, Si3N4通过固溶逐渐转化为β-SiAlON,同时有少量硅粉发生还原反应;1400℃~1550℃,试样进入固溶阶段,β-SiAlON量逐渐增多,1500℃达最佳值,生成的β-SiAlON为颗粒状和短柱状.与单一还原剂相比复合还原剂生成β-SiAlON的含量相对较高,晶体发育较好.     

不同致密度的MoSi2材料在1200 ℃的循环氧化特性

利用热重分析法和SEM,X射线衍射考察了不同致密度的MoSi2材料在1200℃的循环氧化行为。研究结果表明：不同致密度的MoSi2均未发生“Pesting”现象,致密度和“Pesting”现象无本质关系。低致密度MoSi2材料在0-1h和1～480h阶段,氧化动力学曲线基本呈直线,而高致密度的材料氧化动力学曲线近似抛物线。氧化480h后,最小致密度（78．6％）试样和最高致密度（94．8％）试样增质分别为10．39mg／cm^2和0．135mg／cm^2。高致密度MoSi2材料优异的抗氧化主要归因于其生成了连续致密的保护膜,阻止了氧化的进一步发生。氧化层相组成由表至里按照SiO2→Mo5Si3→MoSi2逐渐演化。     

ZrO2／MoSi2复合电热材料的高温氧化行为

通过热重法研究挤压成型制备的纯MoSi2及20%ZrO2/MoSi2复合材料的高温氧化行为,分别用XRD和FESEM分析试样氧化层的物相结构及氧化形貌.结果表明,20%ZrO2/MoSi2复合材料在800℃氧化时表现为镅、硅的同时氧化.氧化产物主要为M003(部分挥发)和SiO2.1100℃氧化时,硅的选择性氧化和钼、硅的同时氧化均有发生,氧化产物主要为MoO3(完全挥发),Mo5Si3和SiO2.1300℃氧化时.主要为硅的选择性氧化,氧化产物为Mo5Si3和SiO2.复合材料在800℃和1100℃氧化后质量无明显变化,1300℃氧化后质量略有增加.ZrO2的加入降低了复合材料的致密度,促进了氧在基体中的扩散,使复合材料在1300℃的抗氧化性能略有下降.     

Si3N4-TiC纳米复相陶瓷的组织与力学性能研究

采用热压烧结方法制备了Si3N4-TiC纳米复相陶瓷,研究了其组织与力学性能.SEM照片表明,Si3N4-TiC纳米复相陶瓷的显微组织由球形晶粒构成.在液相烧结过程中,TiC与Si3N4发生反应,生成了TiC0.7N0.3.力学性能测试结果表明,添加适量的TiC颗粒可以提高Si3N4陶瓷的抗弯强度和断裂韧性;Si3N4陶瓷的硬度随TiC含量的增加而增大.     

几种典型煤气化炉渣的碳热还原氮化过程

煤气化炉渣是煤炭气化过程产生的固体废弃物。选取5种煤气化炉渣作为研究对象,在分析其化学和显微结构后,将炉渣分别在1 350~1 500℃进行碳热还原氮化,并对氮化产物的物相组成和显微结构进行表征。结果表明:1 5种无定性炉渣的化学结构均可描述为Si O4四面体与Al O4四面体相互连接的架状结构;2炉渣中的玻璃相呈规则球体状,无定性碳呈多孔海绵、长带或长片状;3 5种炉渣经碳热还原氮化反应均可合成出Ca-α-Si Al ON粉体,且Ca-α-Si Al ON的形成过程一致;4炉渣氮化产物中杂质相的产生与炉渣的化学组成中Ca O,Si O2,Al2O3和C的相对含量密切相关;5在氮化过程中,炉渣中玻璃球体发生表面粗糙、多孔、空心等形态的变化,这些变化在一定程度上反映出炉渣的氮化进程。