压力对β-Si3N4的电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函平面波赝势方法（PWP）和广义梯度近似（GGA）,对不同压强下β-Si3N4的电子结构和光学性质进行了计算,较好地解释了已经报道的实验结果,进一步研究了β-Si3N4其它物理参数随外压力的变化规律.     

第一性原理研究立方相尖晶石二元氮化物

本文基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势法,计算得到了立方相二元氮化物γ-A3N4（A：C、Si、Ge、Sn（Group IVB））的晶格参数,体系总能及原胞体积、键长、密度、体模量,并分析了带隙、静介电函数ε（0）、光学吸收系数等性质,并在计算的基础上将结果与实验作了详细比较,两者符合的非常好。本文的研究表明对γ-A3N（A：C、Si、Ge、Sn（Group IVB））结构,计算体模量时用LDA要优于GGA,但GGA较LDA给出更精确的能量和结构。另外,第一性原理可以准确地计算γ-C3N4、γ-Si3N4和γ～Ge3N4体系,而对γ—Sn3N4物质则不适合。     

高压下c-Zr_3N_4弹性性质和热力学性质的第一性原理研究

利用平面波赝势密度泛函理论方法研究了高压下c-Zr3N4的结构性质和弹性性质,由此获得了c-Zr3N4在高压下的体弹模量、杨氏模量、剪切模量和泊松比等力学性质.高压弹性常数计算结果表明,在小于50 GPa下,c-Zr3N4没有发生相变,是力学稳定的,而且各向异性因子计算表明其具有弹性各向异性.此外,高压下c-Zr3N4的B/G计算结果表明,在此压强范围内,c-Zr3N4具有较好的延展性.最后利用准谐德拜模型研究了c-Zr3N4的热动力学性质,得到了其高压下的热容、德拜温度和热膨胀系数等参数.研究c-Zr3N4在高压下的弹性性质和热动力学性质,对实验研究具有一定的参考价值.     

高温高压下α-Si3N4的相变

在压力为5.2～5.7GPa,温度为1100～1300℃,保温保压时间为15min的条件下,对添加有Y2O3、Al2O3助剂的α-Si3N4微粉进行了高温高压烧结实验,以探索α-Si3N4的相变.对样品进行了X射线衍射、扫描显微观察及密度测量.实验结果表明,α→β相转变开始于1100～1200℃之间,其相转变程度随温度、压力的升高均有所提高,在5.7GPa/1300℃时,发生完全的相转变.相转变完成的烧结样品由长柱状β-Si3N4晶粒组成,晶粒间相互交错,结构均匀致密,断面有明显的晶粒拔出现象.根据实验数据拟合了大致的两相相界方程,并讨论了相关的相变机制.     

Fe包覆Si3N4金属陶瓷相反应热力学分析

研究非均相沉淀-热还原法制备Fe包覆α-Si3N4复合粉末常压烧结界面反应特性,并进行热力学分析.研究结果表明:在1 600℃下烧结时,α-Si3N4部分转变为β-Si3N4,Fe相消失,转而生成FeSi化合物;在1700℃下烧结时,α-Si3N4基本转变为β-Si3N4,FeSi化合物消失,Fe相重新出现；在烧结过程中,FeSi化合物或Fe晶粒发生明显长大,呈圆球状分布在Si3N4晶粒之间,实验结果可通过热力学分析进行解释.     

从Si-C-N非晶粉末制备α-Si3N4纳米线

以溶胶-凝胶法合成了Si-C-N非晶前驱体粉末，在不添加催化剂的条件下，通过高温还原氮化反应制备了α-Si3N。纳米线．用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）表征和分析了α-Si3N4纳米线．XRD分析表明，在所得产物中，除了未完全反应的非晶SiO2外，主要是α-SisNt，Si2N2O以及少量的β-SiC．TEM和SEM分析显示，合成的α-Si3N4纳米线直径为100～150nm，长几十μm，α-Si3N4纳米线的生长机制是气固（VS）生长机制。     

Si3N4的结构状态对放电等离子烧结制备Sialon陶瓷的影响

以纳米非晶-Si3N4、微米α-Si3N4、微米AlN、纳米Al2O3和纳米Y2O3为初始原料,采用放电等离子烧结工艺制备了Sialon陶瓷。通过调整配方中Si3N4对应原料的种类,研究了不同结构的Si3N4对合成Sialon陶瓷的影响。通过XRD和SEM对试样的物相和显微结构进行了表征,同时测试了试样的体积密度、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度。实验结果表明,配方中的Si3N4全部采用α-Si3N4,经SPS烧结后可获得α/β-Sialon陶瓷,当用纳米非晶-Si3N4逐步替换α-Si3N4时,所合成的Sialon陶瓷中的α-Sialon晶相的相对含量减少;当全部采用纳米非晶-Si3N4时,则试样中仅含有β-Sialon相。     

低温烧结α/βSi_3N_4复相陶瓷及力学性能研究

以MgSiN2为烧结助剂,在1 600~1 750°C下,热压烧结制备α/βSi3N4复相陶瓷,并研究其力学性能与相组成及显微结构之间的关系。结果表明,显微硬度随α-Si3N4质量分数的增加而增加,α-Si3N4质量分数为60%时,显微硬度达到最大,随α-Si3N4质量分数继续增加,显微硬度变化很小,约为23 GPa。随着β-Si3N4质量分数的增加,断裂韧性先增加后又下降,抗弯强度先增加而后变化不大。     

Morphology of α-Si3N4 in Fe–Si3N4 prepared via flash combustion

The state and formation mechanism ofα-Si3N4 in Fe–Si3N4 prepared by flash combustion were investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. The results indicate thatα-Si3N4 crystals exist only in the Fe–Si3N4 dense areas. When FeSi75 particles react with N2, which generates substantial heat, a large number of Si solid particles evaporate. The prod-uct between Si gas and N2 is a mixture ofα-Si3N4 andβ-Si3N4. At the later stage of the flash combustion process,α-Si3N4 crystals dissolve and reprecipitate asβ-Si3N4 and theβ-Si3N4 crystals grow outward from the dense areas in the product pool. As the temperature decreases, the α-Si3N4 crystals cool before transforming into β-Si3N4 crystals in the dense areas of Fe–Si3N4. The phase composition of flash-combustion-synthesized Fe–Si3N4 is controllable through manipulation of the gas-phase reaction in the early stage and theα→βtrans-formation in the later stage.     

Morphology of α-Si_3N_4 in Fe–Si_3N_4 prepared via flash combustion

The state and formation mechanism of α-Si3N4 in Fe–Si3N4 prepared by flash combustion were investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. The results indicate that α-Si3N4 crystals exist only in the Fe–Si3N4 dense areas. When FeS i75 particles react with N2, which generates substantial heat, a large number of Si solid particles evaporate. The product between Si gas and N2 is a mixture of α-Si3N4 and β-Si3N4. At the later stage of the flash combustion process, α-Si3N4 crystals dissolve and reprecipitate as β-Si3N4 and the β-Si3N4 crystals grow outward from the dense areas in the product pool. As the temperature decreases, the α-Si3N4 crystals cool before transforming into β-Si3N4 crystals in the dense areas of Fe–Si3N4. The phase composition of flash-combustion-synthesized Fe–Si3N4 is controllable through manipulation of the gas-phase reaction in the early stage and the α→β transformation in the later stage.     

原位增韧β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷

通过XRD, SEM和力学性能测试研究了β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷热压烧结的致密化、相组成、力学性能和微观结构.结果表明,β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷综合了β-Si3N4和α-Sialon的力学性能,可通过改变起始粉末的组成,可以调整相组成及裁剪材料的力学性能.由于加入具有大的长径比的物相β-Si3N4,提高了材料的强度和韧性.     

氮气中C-Si系材料的高温变化过程

以9组不同配料比的炭黑和单质硅为原料压制成试样, 在氮气气氛下,分别于1350,1400,1450,1500,1550℃下烧结,获得5个不同温度点合成样品: 采用XRD分析技术研究试样的物相演变过程, 研究C-Si系原料在氮气气氛合成过程中的物相变化和反应动力学机制.试验结果表明:试样在氮气气氛下合成,最终物相为SiC,α-Si3N4和β-Si3N4,硅含量高时还存在Si2N2O相,石英相和方石英相作为中间产物出现:氮化硅不仅可由单质硅氮化生成,还可由SiO2,Si2N2O与C还原氮化生成,α-Si3N4先于β-Si3N4生成,且温度升高会向β相转化,温度高于1500℃时,Si3N4会与残余的C反应生成SiC:合成温度和配料比是影响C-Si系原料合成产物的重要动力学因素.     

含有定向排列颗粒的氮化硅陶瓷各向异性研究

通过添加α-Si3N4晶须,利用流延成型和热压烧结技术制备含有定向排列颗粒、各向异性的Si3N4陶瓷。研究α-Si3N4相在流延膜及烧结块体中的分布状态,并通过XRD、SEM和力学性能对流延膜和烧结块体的各向异性进行表征。结果表明,1 550℃下烧结制备的块体T(与流延方向平行的平面)、N(与流延方向垂直的平面)、P(侧面)三个面的I(210)/I(102)值与等轴状α-Si3N4粉体的相应值比较,其中T面的值较大,N面和P面的值较小;在T面的显微结构中存在平行于流延方向排列的大颗粒;试样不同面的力学性能(断裂韧性和抗弯强度)中,T面最好,P面次之,N面最差;I(210)/I(102)值、显微结构、力学性能测试结果表明所制备的氮化硅陶瓷存在各向异性。     

自蔓延高温合成β—Si3N4棒晶

以MgSiN2作为生长助剂自蔓延高温合成β-Si2N4棒晶,并对其生长机理进行探讨.结果表明,添加少量MgSiN2以制备出高长径比β-Si2N4棒晶,而过多的MgSiN2不利于β-Si3N4棒晶生长.自蔓延燃烧过程中,MgSiN2与原料表面的氧化硅形成Mg-Si-O-N液相,促使β-Si2N4以气-液-固机理快速生长.     

高温高压条件下γ-Mg2SiO4中CaO的固溶度的实验研究

采用川井型多顶砧高压装置研究了CaO(5 w.t.%)-Mg2SiO4体系在压力16-22 GPa,温度为1000-1600℃条件下的物质成分及其结构形态特征,并探讨了CaO在γ相中的固溶度及其随温度和压力的变化情况以及对后尖晶石相变的可能影响.研究结果表明:CaO在γ相中的固溶度很有限(<0.20%);随着温度、压力的升高,CaO在γ相中的固溶度增加. 由于CaO在γ相中的固溶度很低,因此固溶在γ相中的CaO对后尖晶石相变压力可能不会产生很大的影响.     

高压方法合成α″-Fe16N2

用同步还原氮化技术制备的Fe、Fe4N混合纳米颗粒和Fe／Fe4N核壳复合纳米颗粒分别作为前驱体，再经高压加温后合成了含有高饱和磁化强度的α″-Fe16N2相，采用X-射线衍射仪(XRD)表征样品的结构，研究了高压下温度及前驱体对合成α″-Fe16N2相的影响，其磁性用振动样品磁强计(LakeShore VSM)在室温下进行测量，实验结果表明：混合的Fe-Fe4N纳米颗粒和复合的核壳结构Fe／Fe4N颗粒在高压下均有可能发生相变，压力为6GPa时，当温度在400℃、500℃Fe和Fe4N仅仅发生晶粒细化，没有相变；当温度高于600℃时，可使Fe和Fe4N两相之间发生固相反应，产生了α″-Fe16N2等新的相．但用混合的Fe-Fe4N作为前驱体时会发生氧化，而高压复合的Fe／Fe4N前驱体则不会发生氧化．采取不同的氮化时间，可获得不同比例的α-Fe/γ′-Fe4N前驱体，在高温高压作用下可得到不同含量的α″-Fe16N2。本对实验结果也进行了初步解释。     

Fe2(Mo04)3/Si3N4复合粉末还原及热压微观组织结构分析

以α-Si3N4,Fe(NO3)3·9H2O和NH4Mo7O24·4H2O为原料,采用非均相沉淀法制备Fe2(M0O4)3/Si3N4复合粉末,采用氢气还原与热压法获得Fe-Mo/Si3N4复合粉末与烧结体,采用x线衍射仪(XRD)、电子能谱(EDS)、电镜扫描(SEM)和电镜透射(TEM)等方法对Fe-Mo/Si3N4复合粉末与烧结体物相、成分及微结构进行观察与分析.分析结果表明:Fe-Mo/Si3N4复合粉末主要成分为α-Si3N4,Mo,Si和Fe-Mo氮化物(Fe6M07N2和Fe3M03N),其中Mo颗粒长大;粒径为4-7 μm的Mo5Si3大颗粒均匀镶嵌在Si3N4,Fe-Mo氮化物(Fe6Mo7N2和Fe3Mo3N)及Si02的混合物组成的粒径为1 μm左右的小颗粒之中.     

高压下α-Al2O3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法结合局域密度近似(LDA),研究了高压下α - Al2O3(corundum)的能带结构、电子态密度分布和光学性质,解释了已经报道的实验结果,且进一步研究了α - Al2O3的其他物理参数随外压力的变化规律.     

高压下GaAs的光学性质的第一原理研究

应用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和局域密度近似(LDA)方法,利用第一性原理对不同压强下半导体GaAs闪锌矿结构的光学性质进行了模拟计算,得到了各个高压下平衡时晶格常数、总能量和吸收光谱等性质,并结合实验值详细地讨论了高压下GaAs的光学性质.     

[γ-SiW10O36]构成的二聚杂多酸盐的合成及表征

采用常规方法合成了新颖的二聚的多金属氧酸盐K8[{γ-Si W10O32}2(μ2-O)4].13H2O(Ⅰ).对其进行了元素分析、红外光谱及TG表征,并测定了其晶体的结构.单晶X射线结构测定表明:化合物Ⅰ的独立结构单元由2个γ-Si W10O36单元通过4个W—O—W键连接构成;晶体属单斜晶系,空间群为P2(1)/n;a=1.524 4(3)nm,b=1.320 3(3)nm,c=1.904 4(4)nm,β=105.45(3)°,V=3.694 2(13)nm3,Z=2,R1=0.070 6,wR2=0.162 1.