C-Si复合还原氮化合成矾土基β-SiAlON

设计β-SiAlON的z值为3,以68%的生矾土(粒度≤0.074mm,烧后Al2O3含量约68%)、13%的硅粉(粒度≤0.021mm)和19%的炭黑(粒度≤5μm)为原料混合均匀后,装入坩埚中,在氮化炉中分别于1100℃、1200℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃和1550℃氮化处理6h后,测氮化后试样的质量变化率,并借助XRD、SEM及EDS等手段,同时研究了C-Si复合还原氮化合成矾土基β-SiAlON的反应过程。研究结果表明:(1)采用C-Si复合还原氮化的试样,在1100~1200℃时主要是Si与氮气和SiO2反应生成的Si2N2O;1300~1400℃时,C开始参与还原氮化反应,体系中开始有β-SiAlON生成;1450~1550℃时,β-SiAlON量逐渐增多,1500℃达到最大值。(2)与单一采用C、Si的试样相比,采用C-Si复合还原氮化的试样生成的β-SiAlON含量相对高,结晶形貌相对较好。     

高铝矾土-硅粉氮化合成SiAlON的过程研究

分别以w(Al2O3)为68.08%和45.56%的两种高铝矾土及硅粉为原料,按合成SiAlON的理论配比配料(Si粉过量5%),成型后在流动N2(流量为0.06~0.1m3.h-1)中进行热重分析,同时测定试样在不同温度(900~1500℃)保温6h后的质量变化,并分析氮化后试样的物相变化,从而探讨该试样的氮化过程及其机理。结果表明,高铝矾土-硅粉试样在流动N2中的氮化反应过程可大致分为3个阶段:1)Si粉氮化阶段(900~1200℃),Si粉氮化生成Si3N4和Si2N2O;2)SiAlON形成阶段(1300~1400℃),生成O’-SiAlON和β-SiAlON;3)β-SiAlON的生长发育阶段(1450~1500℃),部分O’-SiAlON转化为β-SiAlON,Al2O3在β-SiAlON中的固溶度增加。     

常压烧结制备ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷

以粉煤灰(≤74μm)、锆英石(≤44μm)和活性炭为原料,采用碳热还原氮化法在1 550℃保温6 h合成了ZrN-SiAlON复合材料。以加工成的ZrN-SiAlON复合微粉为主原料,加入聚乙烯醇结合剂,分别在1 450、1 500和1 550℃下埋炭粉常压烧结1 h制备ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷,研究了烧成温度对复合陶瓷相组成、显微结构和烧结性能的影响。结果表明:1)控制烧成温度可以制备出不同组成的β-SiAlON基复合陶瓷;在1 550℃保温1 h制备的复合陶瓷的主晶相为ZrN、ZrON和β-SiAlON(z=2,Si4Al2O2N6);2)从不同温度烧后试样的微观结构中均能观察到ZrN(ZrON)、β-SiAlON和一种铁硅系化合物存在,且ZrN(ZrON)颗粒均匀地分布于β-SiAlON基质中;3)提高烧成温度会使复合陶瓷的收缩率增大,当烧成温度由1 450℃升至1 550℃时,试样的体积收缩率由19.4%增加至40.3%。     

河南某低品位铝土矿制备β-SiAlON

分别以复合还原剂碳硅、碳铝还原氮化低品位铝土矿(Al2O3含量为68wt％)制备β-SiAlON.利用XRD、SEM和EDS等检测手段和试样的质量变化率,研究了两种复合还原剂制备β-SiAlON的相变过程、β-SiAlON的相对生成量和微观状态.结果表明:低品位的矾土矿利用复合还原剂可以制造出优良廉价的β-SiAlON材料;碳硅试样的β-SiAlON为O'-SiAlON和Al2O3反应生成;碳铝试样的β-SiAlON为AlN、Si3N4和Al2O3反应生成以及碳直接还原氮化莫来石生成;基本结束的反应温度为1500℃,生成的β-SiAlON为柱状、z值为3左右;复合还原剂碳硅还原氮化制备β-SiAlON相对含量高,结晶形貌好,制备成本低.     

粉煤灰的化学组成对其碳热还原氮化产物相组成和显微结构的影响

将粉煤灰和炭黑按n(Al2O3)∶n(C)=1∶5配料,经球磨混合、造粒后,在10MPa下压制成36mm×10mm的试样,经110℃干燥12h,在高温可控气氛炉内于1350℃流动氮气(流量400mL.min-1)中保温9h进行碳热还原氮化反应,然后对氮化产物进行XRD、SEM和EDAX分析。结果表明:粉煤灰与炭黑混合物的氮化产物是以β-SiAlON为主晶相的粉末,粉煤灰中m(SiO2)/m(Al2O3)比值越高且越接近合成β-SiAlON的理论比值,氮化产物中β-SiAlON和15R的含量就越高,铝的其他化合物的含量就越低;氮化产物中的棒状β-SiA-lON和15R清晰可见且交错分布,球状FeSi合金相弥散分布于其中。     

添加TiO_2对反应烧结制备SiAlON的影响

为探讨TiO_2作为助烧结剂制备β-SiAlON的可行性,以粒度均为0.074 mm的金属Al粉、单质Si粉、α-Al_2O_3粉为主要原料,以无水乙醇为介质球磨12 h后,将经60℃干燥12 h后的粉料以乙二醇和酚醛树脂为结合剂混合均匀成型,在管式氮化炉中分别经1 350、1 400、1 450、1 500和1 550℃保温3 h高温氮化制备β-SiAlON陶瓷,研究了烧成温度和添加TiO_2对β-SiAlON陶瓷烧结性能的影响。借助XRD分析试样中晶相组成和晶胞参数,采用SEM及EDS对试样的微观形貌进行分析与观察。结果表明:高温氮化制备β-SiAlON的过程中,添加4%(w)的TiO_2可以降低氮化烧结温度,增加β-SiAlON的生成量;TiO_2的加入在较低温阶段可以促进Al_2O_3在Si_3N_4中的固溶,高温阶段则形成液相有利于β-SiAlON的致密化烧结。     

添加Y2O3对ZrN(ZrON)-SiAlON性能的影响

为了以较低成本制备较高性能的ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷材料,先以粉煤灰、锆英石和活性炭为主要原料,经碳热还原氮化法合成ZrN-SiAlON复合粉;然后在ZrN-SiAlON复合粉中添加不同量(质量分数分别为0、5%、10%)的Y2O3,在1500℃保温1 h埋碳烧结制备了ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷材料,并研究了ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷材料的相组成、烧结性能和力学性能等。结果表明:Y2O3可促进ZrN和β-SiAlON等主晶相的形成,同时促进材料的烧结致密化。添加5%(w)的Y2O3制得的ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷材料的显气孔率为5.3%,体积密度为3.47 g·cm-3,常温耐压强度为29.4 MPa,性能较优。     

TiO2 在煤矸石碳热还原氮化过程中的作用

以煤矸石、炭黑为原料,分别加入0、2%、4%、6%、8%、10%、15%和20%的TiO2,组成的不同试样在流动氮气中进行热处理,热处理温度分别是1350 ℃、1400 ℃、1450 ℃、1500 ℃、1550 ℃,保温时间为6 h,测定热处理后试样的质量损失率,借助XRD、SEM和EDS等手段,分析热处理后试样的物相组成、显微结构和微区成分,研究引入TiO2对煤矸石还原氮化的作用.结果表明TiO2的加入有利于煤矸石还原氮化转变成β-SiAlON,并能促进β-SiAlON晶粒的生长发育.这也许是因为TiO2的加入有利于莫来石及SiO2分别还原氮化为X相及Si2N2O,Si2N2O与Al2O3固溶形成O'-SiAlON;最后X相和O'-SiAlON转变成β-SiAlON;多余的TiO2可以被还原氮化为耐火度高、耐磨性好的TiN.TiO2的最佳加入量为4%.     

微晶β-SiAlON材料的制备

以原料配比(w):硅粉39.4%、金属铝粉12.7%、氧化铝粉47.9%为基础配方进行配料,分别经1 300、1 350、1 400、1 450、1 500℃保温3 h或5 h氮化反应制备β-SiAlON材料。研究了Fe2O3烧结助剂、煅烧温度和保温时间对制备β-SiAlON材料的体积密度、耐压强度、物相组成和显微结构的影响。结果表明:添加2%(w)的Fe2O3,提高煅烧温度和延长保温时间,都有助于烧结的进行。添加2%(w)的Fe2O3作烧结助剂,在N2气氛中于1 500℃下保温5 h烧成试样的耐压强度达到85.44 MPa,体积密度达到2.92 g·cm-3,以β-SiAlON为主晶相,晶粒发育良好,呈棱柱状,直径大约1μm,长度大约2μm,且分布比较均匀。     

采用煤矸石基β-SiAlON制备β-SiAlON-SiC复合材料

首先,以煤矸石基β-SiAlON粉(以煤矸石和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法合成)、硅粉、铝粉和α-Al2O3微粉为原料,采用二次氮化法制备了β-SiAlON材料,研究了原料配比、合成温度以及煤矸石基β-SiAlON粉纯度对β-SiAlON材料性能的影响。然后,选择二次氮化制备β-SiAlON材料的合适工艺参数,分别以不同量(质量分数分别为30%、50%和70%)SiC取代煤矸石基β-SiAlON粉,制备了不同复合比例的β-SiAlON-SiC材料。结果表明:(1)在二次氮化制备β-SiAlON材料时,增加Si粉、Al粉和α-Al2O3微粉加入量以及提高合成温度均有利于提高β-SiAlON的常温抗折强度和体积密度,降低其显气孔率;采用未除杂的煤矸石基β-SiAlON粉有利于β-SiAlON的强度。(2)在制备β-SiAlON-SiC复合材料时,SiC的最佳加入量(质量分数)为50%。     

采用煤矸石和用后 Al2O3-SiC-C铁沟料合成β-SiAlON

在热力学分析的基础上,以用后Al2O3-SiC-C铁沟料、煤矸石和活性炭为主要原料,采用碳热还原氮化法合成了β-SiAlON。详细讨论了合成温度(1 723和1 823 K)、活性炭加入量(理论需碳量、过量15%、过量30%和过量45%)、Si与Al元素摩尔比(分别为3:3,3.5:2.5和4:2)和煤矸石种类(低碳煤矸石和高碳煤矸石)对合成β-SiAlON的影响,并采用XRD、SEM和EDS等对合成产物进行分析。结果表明:(1)当合成温度由1 723 K增加到1 823 K时,合成后试样中β-SiAlON相含量增加,O’-SiAlON和α-Al2O3的含量降低;(2)加入过量的活性炭有利于合成后试样中β-SiAlON相含量的增加;(3)随着Si、Al元素摩尔比的增大,合成后试样中β-SiAlON相含量增多;(4)采用低碳煤矸石的试样中β-SiAlON相含量高于采用高碳煤矸石的,其原因是配料时前者中配入的活性炭更多,而活性炭的活性较高,更有利于促进碳热还原氮化反应的进行。     

溶胶-凝胶还原氮化合成β-sialon微粉的研究

以异丙醇铝、氧化硅细粉、活性碳粉等作为起始原料,通过溶胶-凝胶、还原氮化工艺制备了β-sialon微细粉。研究了添加剂、氮化温度等工艺条件对合成β-sialon粉体的影响。结果表明,添加剂MgO、Y2O3、Fe2O3可以促进β-sialon的合成,其中MgO的促进作用最明显;1450～1500℃是比较合适的氮化温度;合成的β-sialon粉体的粒径在1μm左右,纯度为90%,Z值为2.9。     

碳热还原氮化法制备β''''-SiAlON的工艺条件研究

采用质量分数80%的粘土(广西高岭土或吉林球粘土)和20%的炭黑为原料,以白云石、CaO、TiO2为烧结助剂,经碳热还原氮化反应制备了β’-SiAlON材料。研究了烧成温度、保温时间、烧结助剂、成型压力和粘土种类等因素对制备β’-SiAlON材料的影响。结果表明,烧成温度以1450℃为宜,延长保温时间有利于β’-SiAlON相的形成;烧结助剂的催化效果以TiO2最好,白云石次之;随着成型压力的增大,合成试样中β’-SiAlON相减少;粘土原料的化学组成(m(SiO2)/m(Al2O3))对β’-SiAlON的Z值产生影响,m(SiO2)/m(Al2O3)减小时,Z值趋于增大。     

聚氯乙烯/粉煤灰复合材料加工特性及性能研究

研究了粉煤灰粒径以及粉煤灰填充量对聚氯乙烯(PVC)/粉煤灰复合材料物料流动特性和力学性能的影响。结果表明,填充粒径为18μm粉煤灰的PVC/粉煤灰复合材料的流变性优于填充粒径为48μm粉煤灰的PVC/粉煤灰复合材料,利用粒径18μm的粉煤灰制备的PVC/粉煤灰硬质板材的弯曲强度、弯曲弹性模量和冲击强度分别比粒径48μm的提高13%,11.2%和36.2%,利用粒径18μm的粉煤灰制备的PVC/粉煤灰发泡板材的弯曲强度、弯曲弹性模量和冲击强度分别比后者提高27.2%,36.3%和50.3%。此外,粉煤灰质量分数为30%时PVC/粉煤灰复合材料的流动性较好,易加工成型。     

原位生成O'-SiAlON晶须增强铝碳耐火材料

以板状刚玉、石墨为主要原料,基质部分分别添加3%、5%和7%的O’-SiAlON前驱体混合粉(即β-Si3N4微粉、SiO2微粉和α-Al2O3微粉的混合球磨粉),以酚醛树脂为结合剂制成试样,于200℃烘烤后,在空气中埋(SiO2 C)混合粉,分别于1000℃、1300℃、1500℃保温3h原位合成了含O’-SiAlON晶须的铝碳耐火材料。对烧后试样的物理性能、物相及显微结构进行了分析,并对烧结有重要影响的反应进行了热力学分析。结果表明:埋(SiO2 C)混合粉能有效抑制反应体系中SiO2在高温烧结过程中的分解,从而促进O’-SiAlON晶须的原位生成。1500℃时,含有O’-SiAlON前驱体混合粉的试样原位生成了针状和絮状的O’-SiAlON晶须,这些晶须交织于试样的骨料与基质之间,能显著增强试样的强度;且随着O’-SiAlON前驱体含量的增加,试样的强度逐渐增加。     

β-SiAlON-TiN结合刚玉复合材料的高温力学性能

设定β-SiAlON的z值为3,采用铝热还原氮化TiO2合成TiN,调整TiO2加入量分别为0、5%、10%、15%,在1500℃保温5h氮化反应烧结制备出TiN含量分别为0、4%、8%、12%的β-SiAlON-TiN结合刚玉复合材料,并研究了此复合材料的热态抗折强度(400~1400℃)和不同温差下(ΔT=200~1350℃)水冷1次的抗热震性。结果表明:TiN的生成降低了材料的显气孔率,显著提高了材料的抗折强度,这是由于TiN的颗粒弥散增强作用,其中TiN含量为8%试样的热态抗折强度最高。β-SiAlON-TiN结合刚玉复合材料残余强度保持率(ΔT=1100℃)略低于β-SiAlON结合刚玉复合材料,但两者保持在同一水平(50%~60%)。     

粉煤灰微珠／酚醛复合材料力学性能的研究

研究了粉煤灰微珠填充酚醛塑料对材料性能的影响, 探讨了微珠用量和粒径对材料弯曲强度、冲击强度的影响, 分析了微珠/酚醛复合材料的微观形貌。     

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。     

硅铁粉粒度对合成氮化硅铁的影响

采用FeSi75为原料,利用直接氮化合成法制备了氮化硅铁粉末,研究了中位径(d50)分别为13.41μm、8.023μm和5.229μm的3种硅铁粉分别在1150℃、1250℃和1350℃保温9h处理后的氮化规律。借助XRD、SEM等测试手段测定和观察了产物的物相组成和显微形貌。结果表明:较细的硅铁粉(d50=5.229μm)氮化时,反应快速、剧烈,导致烧结严重,氮化效果差,而较粗硅铁粉(d50=13.41μm)氮化效果较好;较细硅铁粉氮化后易于形成须状、纤维状和柱状氮化硅晶体,较粗硅铁粉氮化后易于形成球状氮化硅团聚体。制备的氮化硅铁中有大量充满氮化硅的孔洞,产物中的Fe3Si与FexSi被其包围,这种结构有利于体现氮化硅铁的优异性能。     

活性炭/粉煤灰处理含铜废水的研究

采用活性炭/粉煤灰处理模拟含铜废水,考察pH、吸附时间、吸附温度、投加量、质量比、活性炭、粉煤灰粒径、铜离子浓度等对吸附效果的影响。结果表明,单纯粉煤灰的吸附效果较差,但100目的粉煤灰与100目的活性炭混合,其吸附效果接近于纯活性炭。活性炭/粉煤灰处理100 m L、30 mg/L模拟含铜废水的最佳吸附条件为:吸附时间3 h,pH 6,吸附温度45℃,活性炭/粉煤灰(质量比1∶1)投加量2.5 g,活性炭和粉煤灰粒径均为100目。在此条件下,铜离子去除率可达97.33%,处理后水中铜离子浓度(0.811 4 mg/L)低于国家二级排放标准(1.0 mg/L)。