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采用煤矸石基β-SiAlON制备β-SiAlON-SiC复合材料

耐火材料 doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2010.02.014

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%.

关键词: 煤矸石 , β-SiAlON , SiC , 复合材料

采用煤矸石为原料合成β-SiAlON晶须及其显微结构研究

彭犇 , 岳昌盛 , 陆璇 , 郭敏 , 张梅

硅酸盐通报

以煤矸石和碳黑为主要原料,在1800 K下碳热还原氮化合成了纯度较高、含有大量晶须的β-SiAlON材料.FESEM照片表明β-SiAlON晶须多为细长柱状,直径120～220 nm,长度1.5～5 μm,晶须生长机制由VLS(vapor-liquid-solid)机制和VS(vapor-solid)机制组成.

关键词: β-SiAlON晶须 , 碳热还原氮化 , 显微结构 , 生长机制

高纯β-SiAlON粉料的可控合成

岳昌盛 , 郭敏 , 张梅 , 王习东 , 张志安 , 彭犇

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2009.01163

在Si₃N₄-SiO₂-Al₂O₃-AlN体系中, 采用拟抛物面规则对不同组成SiAlON相的热力学性能进行了评估, 并研究了β-SiAlON相的合成热力学条件. 以煤矸石为主要原料, 加入适量碳黑作为还原剂，在不同气氛（空气或不同纯度的氮气）下合成了β-SiAlON, 并研究了β-SiAlON粉料在不同气氛下的相转化. 热力学分析表明，不同的SiAlON相可以在合适的气氛参数Y=lg(P_O2/P_θ)-2/3lg(P_N2/P_θ)下合成, 较低的Y值有利于β-SiAlON相的合成. 过量碳存在时提高通氮纯度α将会降低气氛中的Y值, 其关系式为Y=2lg［(2-2α)/(2-α)］-2/3lg［α/(2-α)］-15.616. 实验结果表明：热力学分析得到的合适初始参数可以实现高纯βSiAlON的可控合成, 当初始参数为T=1800K, 埋焦炭保护, 通入氮气纯度α＝0.995～0.999时可获得较好的结果.

关键词: β-SiAlON , thermodynamic , controllable synthesis

β-SiAlON晶须的诱导合成和生长机制研究

岳昌盛 , 彭犇 , 郭敏 , 张梅

人工晶体学报

以β-SiAION粉料为晶种,SiC为基体,加入Si粉、AI粉和Al2O3粉在1900 K氮气气氛下合成β-SiAlON晶须,研究了晶须的显微结构、相组成和晶须增韧SiC复合材料的力学性能,并结合热力学研究了晶须的生长机制.结果表明:(1)以β-SiAlON粉料为诱导晶种时可以合成β-SiMON晶须材料,其生长机制为VLS机制和VS机制；(2)当以VLS机制生长时,晶须合成z值为1.56,直径约为200 -300nm,呈柱状和纤维状,当以VS机制生长时,晶须合成z值为1.76,直径为0.5～1.5 μm,呈柱状和竹节状,发育较为规则；(3)晶须相可有效提高复合材料的力学性能,相同组成的复合材料中,当β-SiAlON晶须相的含量较高时,材料可以在气孔率较高(32.1％)条件下获得了较好的抗折强度(55.2 MPa).

关键词: β-SiAlON晶须 , 生长机制 , 微观结构 , 力学性能

高纯β-SiAlON粉料的可控合成

岳昌盛 , 郭敏 , 张梅 , 王习东 , 张志安 , 彭犇

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2009.01163

在Si_3N_4-SiO_2-Al_2O_3-AlN体系中, 采用拟抛物面规则对不同组成SiAlON相的热力学性能进行了评估, 并研究了β-SiAlON相的合成热力学条件. 以煤矸石为主要原料, 加入适量碳黑作为还原剂,在不同气氛(空气或不同纯度的氮气)下合成了β-SiAlON, 并研究了β-SiAlON粉料在不同气氛下的相转化. 热力学分析表明,不同的SiAlON相可以在合适的气氛参数Y=lg(P_(O_2)/P~θ)-2/3lg(P_(N_2)/P~θ)下合成, 较低的Y值有利于β-SiAlON相的合成. 过量碳存在时提高通氮纯度α将会降低气氛中的Y值, 其关系式为Y=2lg[(2-2α)/(2-α)]-2/3lg[α/(2-α)]-15.616. 实验结果表明:热力学分析得到的合适初始参数可以实现高纯β-SiAlON的可控合成, 当初始参数为T=1800K, 埋焦炭保护, 通入氮气纯度α＝0.995～0.999时可获得较好的结果.

关键词: β-SiAlON , 热力学 , 可控合成

一维β-SiAlON材料可控合成

彭犇 , 邱桂博 , 岳昌盛 , 张梅 , 郭敏

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2014.13559

以 Si 粉、Al 粉和 Al2O3粉为原料压制成条样,在1650~1850 K 氮气和埋 Si3N4颗粒气氛下分别合成了β-SiAlON 晶须、带状和柱状晶,并系统研究了一维β-SiAlON 材料可控合成条件,进而结合热力学分析了一维β-SiAlON材料的生长机制。结果表明：以Si粉、Al粉和Al2O3为原料,在氮气(纯度99.9%)和埋Si3N4颗粒气氛下在1650~1850 K保温6 h,可以合成不同形貌的一维β-SiAlON材料。生长温度是一维β-SiAlON材料形貌控制的关键因素。生长温度为1650 K时,合成了β-SiAlON晶须,晶须直径200~400 nm,长径比100~1000；生长温度在1700~1800 K时,可以合成β-SiAlON带状晶体,厚度为200 nm,宽度为1~4μm,长宽比在10~20之间；生长温度升高至1800 K时,出现大量柱状晶体。结合晶须显微结构形貌和热力学分析,β-SiAlON晶须的生长机制为气-固(VS)生长机制。

关键词: 一维β-SiAlON材料 , 可控制备 , 生长机制 , 热力学