激光法合成SiC超细粉末物理化学过程的研究——Ⅰ.实验规律及粉末特性

用50W连续波CO_2激光器为热源,诱发SiH_4和C_2H_4反应,合成SiC超细粉末。实验确定了反应腔体内压力p、气源中的C/Si原子比、喷嘴内径2r以及激光功率密度与粉末特性之间的关系,并对合成的产物进行物理、化学表征。     

激光驱动气相反应合成SiC超细粉末的实验研究

利用 CW-CO_2激光驱动气相化学反应的方法,以 SiH_4和 C_2H_4作为原料气体合成了 SiC 超细粉末。本工艺方法的特点是反应器壁是冷的,无潜在的污染源,不存在热表面;反应体积小,以保持陡的温度梯度;反应气体直接吸收激光辐射而反应,容易得到高温;反应区的条件容易控制。另外,通过控制反应条件,能够有效地控制 SiC 超细粉末的纯度和粒度。     

铁精粉还原炉用Si_3N_4（Sialon）/SiC材料在H_2O—H_2—N_2气氛中热力学计算分析

根据热力学原理对Si—C—N—H—O五元系统进行了平衡状态下的相稳定性计算,绘制了在1 073 K和1 223 K下的SiC、Si_3N_4、Si_2N_2O和SiO_24个稳定相的稳定性与N_2分压和H_2O分压的关系图,即优势区域图,分析了其凝聚相的稳定区域。同时结合SEM显微结构分析氢气还原炉中Si_3N_4/SiC和Sialon/SiC制品抗H_2O—H_2—N_2气氛的侵蚀性能。     

Si_3N_4陶瓷粉末特性及其对烧结性能的影响

Si_3N_4陶瓷粉末的化学、物理特性,如纯度、粉末粒子的反应性,粒子的晶型和形貌,强烈影响SI_3N_4陶瓷烧结后的致密化程度和陶瓷的机械性能,本文综合分析了Si_3N_4粉末特性和要求,对现有的四种技术路线制备的Si_3N_4粉末特性指标进行了比较,认为液相法制备超细,高纯Si_3N_4粉末是一条很有发展潜力的技术路线。     

激光驱动气相反应制备纳米级Si3N4超细粉末

本文利用CW—CO_2激光驱动气相化学反应的方法,以SiN_4和NH_3作为原料气体合成了纳米级Si_3N_4超细粉末。本工艺过程的产率达95％。由化学分析表明产物的纯度为含Si_3N_493.75wt％,杂质主要是氧,其含量为1.86wt％,另外还存在总含量为500ppm的Ca、Mg等杂质。由X射线衍射和透射电子显微镜等的分析表明,产物的颗粒近似于球形、不团聚,粒径分布范围为10um～30nm,平均粒径为17um,而其结晶性状呈现非晶态结构。     

高频等离子体气相反应合成氮化硅超细粉系统的热力学分析

本文采用Solgasmix-PV计算机程序计算了气相反应合成氮化硅超细粉的Si-N-H-Cl四元系的多相平衡。从理论上考察了温度、氮气、氢气、氨气流量对平衡时氮化硅摩尔数的影响。 本文还介绍了依据热力学分析,用高频N_2等离子体作为热源,NH_3、H_2、SiCl_4为反应气体合成Si_3N_4粉末的实验结果。高压电镜观察表明粉末粒度小于0.μm。化学分析测出的粉末组成为:N>37、O<3,C<0.1,Fe<0.01、Al<0.01、Ca<0.01、Mg<0.01(wt％)。粉末呈白色,非晶态。     

纳米Si3N4—SiC复相陶瓷显微结构

本文系统地研究了纳米Si_3N_4-SiC复相陶瓷显微结构,观测了纳米Si_3N_4-SiC复相陶瓷中Si_3N_4、SiC粒子晶粒尺寸,研究了复合在Si_3N_4晶粒内和晶界上的SiC粒子分布情况及Si_3N_4与SiC、Si_3N_4间的相界面。     

Si3N4粉末氧化生成SiO的研究

本文首次提出并采用NaOH H_2O_2的混合溶液作为SiO气体的吸收液,用硅钼兰分光光度法进行检测分析。结果表明,Si_3N_4粉末在高温下的低氧分压(Po_2≤10Pa)气氛中氧化时有SiO气体生成。其中当温度为1300℃时,在氧分压为1Pa～10Pa的N_2气氛中氧化时,生成SiO气体的氧化反应占Si_3N_4总的氧化反应的70～80％。同时,通过热力学计算对Si_3N_4粉末氧化生成SiO进行了分析,揭示了Si_3N_4的氧化反应方式与氧分压和温度的相互关系。     

刚玉-氮化硅-碳化硅复合材料的性能研究

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在氧化气氛下制成试样.将试样分别在1500 ℃、1550 ℃和1600 ℃保温5 h进行埋炭处理.利用XRD、SEM和EDS等检测方法,结合热力学分析,研究了氧化气氛烧成后试样的物相变化以及高温埋炭条件下Si_3N_4的稳定性.结果表明:氧化气氛烧成后生成一种莫来石固溶体Si_6Al_(10)O_(21)N_4;高温埋炭处理后Si_3N_4和Si_6Al_(10)O_(21)N_4会部分转化为SiC,Si_3N_4向SiC明显转化的温度大于1500 ℃,Si_6Al_(10)O_(21)N_4向SiC明显转化的温度大于1550 ℃.     

利用激光诱发化学反应合成SiC超细粉的研究

采用脉冲CO_2激光器和连续波CO_2激光器经过激光热解C_2H_4和SiH_4的化学反应,得到了SiC超细粉。所制备的微粉大小均匀、呈球形,并具有高纯度。由脉冲激光制备的细粉为晶态,平均颗粒直径为230(?);在连续波情况下,所获得的细粉为非晶态,平均颗粒直径为300(?)。文中还探讨了合成SiC超细粉的条件。     

化学激励燃烧合成Si3N4/SiC复合粉体的研究

研究了利用聚四氟乙烯作活化剂时Si／C混合粉末在氮气中燃烧合成Si3N4／SiC复合粉体。结果表明：当聚四氟乙烯的加入量为10％(质量分数)时可有效激励Si-C弱放热反应，使之以燃烧合成方式生成Si3N4／SiC复相粉。在埋粉条件下Si／C／SiC混合粉末也可以实现燃烧合成Si3N4／SiC复相粉。氮气参与反应时可进一步提高燃烧反应温度，并且首先以气相-晶体生长机制生成Si3N4，然后在高温贫氮的反应前沿Si3N4分解，再与C反应生成SiC。在Si3N4／SiC复合粉中Si3N,形貌以晶须为主。综合X射线衍射分析、扫描电镜观察及原子力显微镜观察对实验结果进行了讨论，解释了Si3N4晶须的形成原理。     

逆反应烧结制备铝电解槽用氮化硅-碳化硅复合材料

采用常规的反应烧结工艺制作铝电解槽侧壁材料用Si3N4／SiC时存在不足，为此，提出应用逆反应烧结工艺进行生产性试验的设想。在制备Si3N4／SiC复合材料时，常规反应烧结是以Si和SiC为原料经氮化烧结；逆反应烧结是以Si3N4和SiC为原料，首先使Si3N4反向反应生成活性氧化物后进行烧结。结果表明：该工艺特点是新生的Si2N2O或SiO2进行活性烧结；制品具有良好的物理和化学性能。制品结构紧密，新生氧化物或亚氧化物紧密地充填在Si3N4和SiC颗粒间界，新工艺制备的砖的抗冰晶石熔体侵蚀的性能优于常规工艺烧成砖，是铝电解槽侧壁的良好材料。     

逆反应烧结制备碳化硅/氮化硅复合材料的工艺

制备Si3N4／SiC复合材料的常规反应烧结是以Si和SiC为原料进行氮化烧结,而逆反应烧结是以Si3N4和SiC为原料,首先使Si3N4反向反应为活性氧化物后再进行烧结。建立逆反应烧结工艺制备Si3N4／SiC复合材料的热力学基础。确定了Si3N4先于SiC氧化;氧化产物可以是SiO2,也可以是Si2N2O;形成的SiO2氧化膜不会与基体材料反应;在膜与基体之间可能生成Si2N2O。论证了逆反应烧结的热力学可行性。通过6个烧结实验,证实了其热力学分析的正确性,并从工艺参数与密度变化、残氮率和比强度等关系筛选出最佳的烧结工艺参数。     

高频等离子体化学气相淀积制备氮化硅超细粒子

利用高频等离子本化学气相淀积方法以四氯化硅及氨为原料，合成了粒度小、粒径分布均匀、氮含量为３６．３％的无定形氮化硅粉末，研究了放置环境，合成及热处理环境，进料位置，ＮＨ３与ＳｉＣｌ４配比等不同的工艺条件对产物氮化硅氮含量的影响。推究了高温下四氯化硅与氨反应合成氮化硅的过程机理。     

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。     

高炉用Si3N4结合的SiC质耐火材料的氧化

通过称重方法和表面显微结构的观察,较系统地研究了高炉用Si_3N_4结合的SiC质耐火材料在空气、水蒸汽和不同CO/CO_2比的混合气相中的氧化过程,探讨了该材料的氧化动力学。本文针对高炉冷却设备漏水情况而设计的水蒸汽氧化及其模拟高炉冶炼环境而设计的不同CO/CO_2比混合气相中的氧化实验结果,为研究高炉用Si_3N_4结合的SiC质耐火材料的蚀损过程提供了一定的理论依据。     

纳米氮化硅粉体材料的ICP制备技术及TEM分析

用硅烷和氮气为反应气体,采用ICP等离子体化学气相沉积技术合成氮化硅纳米粉体。用朗缪尔探针诊断了反应室内等离子体参数,得到不同位置、不同功率下等离子体密度的变化规律,等离子体密度随着功率的增大而增大,由于离子鞘层的存在,提供了局部等离子体密度稳定的区域。利用TEM分析了纳米氮化硅的显微形貌,结果表明：纳米氮化硅粉体颗粒为球形,分布于20～40nm。     

氮化硅结合碳化硅材料的制备及在冰晶石融盐中的腐蚀行为研究

制备了不同氮化硅含量的氮化硅结合碳化硅材料,研究了其在冰晶石融盐中的腐蚀行为.实验结果表明,低Si3N4含量(13%)的Si3N4-SiC材料具有良好的抗冰晶石融盐腐蚀的性能,使其做为铝电解槽内衬材料成为可能.