反应烧结法制备BN/Si_3N_4复相陶瓷的结构和性能

采用在硅(Si)粉中添加硼(B)粉,利用反应烧结法制备氮化硼/氮化硅(BN/Si_3N_4)复相陶瓷,分别采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对其相组成和断面形貌进行表征,并采用同轴法分析其介电性能.结果表明:成型压强的增加会导致样品氮化率下降;随着氮化温度的升高,样品氮化率增大;随着B添加量的增加,样品的氮化率先升高后降低.采用12 MPa成型且B添加量为10%(质量分数)时,经1 450℃氮化处理制得的陶瓷以β-Si_3N_4相为主,孔隙率为40.12%,在2~18GHz频率下,其介电常数为3.27~3.58,介电损耗角正切值为1.10×10~(-3)~1.12×10~(-2).B的加入有效地改善了Si_3N_4陶瓷的介电性能,有望应用于透波材料领域.     

硅氮化反应的平衡及动力学研究

根据Si—N—O三元系热力学的计算,讨论在混合气体N_2-H_2-H_2O产中生成氮化硅的条件及氧对氮化过程的影响。用光学显微镜、扫描电子探针和x射线衍射分析方法检验氮化硅试样的显微组织,确定为:α-Si_3N_4,β-Si_3N_4,残余硅和孔隙。 采用热重分析方法研究1603-1675K 范围的混合气体 N_2-H_2-H_2O(P_(N_2)=8×10~(-1)atm,P_(H_2)=2×10~(-1)atm,P_(H_2O)=2×10~(-7)atm)中硅氮化反应的动力学。 认为:氮化过程的限速步骤是氮气通过在硅表面上的氮化物壳层的扩散,并提出一种解释扩散机理的模型。计算得扩散活化能为148.000Cal/mol。     

Si_3N_4对两步热压Y-α-sialon陶瓷结构与性能的影响

为研究Si_3N_4粉末对陶瓷相组成、微观结构、光学性能以及力学性能的影响,采用两步热压烧结方法分别以UBE和Starck两个公司生产的Si_3N_4粉末为原料制备了设计成分为Y_(0.4)Si_(9.8)Al_(2.2)O_(1.0)N_(15)的α-sialon陶瓷.实验结果表明:UBE生产的Si_3N_4粉末有利于制备相组成为单相α-sialon、以等轴晶为主、晶粒整体发育良好且分布较均齐的Y-α-sialon陶瓷,与以Starck生产的Si_3N_4为原料制备的陶瓷相比,该陶瓷光学透过率较高;以Starck生产的Si_3N_4粉末制备的sialon陶瓷中除主相α-sialon外,还存在少量β-sialon和Si,细小及粗大晶粒共存,与以UBE生产的Si_3N_4为原料制备的陶瓷相比,该陶瓷硬度较高,但断裂韧性稍差.     

新型块状氮化硅气凝胶的制备及表征

以尿素为氮源,通过溶胶-凝胶法并结合超临界干燥、惰性氛围碳化、碳热还原和空气除碳等工艺制备块状氮化硅(Si_3N_4)气凝胶。通过不同温度热处理,研究Si_3N_4气凝胶的形成过程及机制。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X线光电子能谱仪(XPS)、N_2吸附-脱附仪分析材料的相组成、微观结构和孔结构等。结果表明:当热处理温度为1 500℃时,体系中以Si_3N_4相为主,继续升高热处理温度至1 600℃时,Si_3N_4相转化为SiC相。Si_3N_4气凝胶中Si_3N_4相和SiO_2相分别占74.4%和25.6%。Si_3N_4气凝胶以Si_3N_4纳米颗粒的形式存在,其粒径为20～40 nm,孔径为20～40 nm,比表面积高达519.58 m~2/g。Si_3N_4气凝胶的室温热导率为0.045 W/(m·K),其形成机制是基于C、SiO_2和N_2之间的气-固(VS)生长。     

氮气流量对非晶SiN_x到含有Si_3N_4晶粒的富硅-SiN_x薄膜转变的影响

基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,应用高纯硅烷和氮气为反应气体,通过设置氮气流量分别为100 sccm、200 sccm、300 sccm和400 sccm四个梯度,研究非晶SiN_x到含有Si_3N_4晶粒的富硅SiN_x薄膜材料转变的影响,并利用傅里叶红外变换谱、紫外-可见光谱和X射线衍射谱对薄膜样品结构进行表征.结果表明,随着N_2流量的增加,SiN_x薄膜中氮原子浓度减小,Si-N键密度减小,Si-H键密度增加,薄膜中出现Si-Si键并且密度逐渐增加,非晶SiN_x逐渐向富硅SiN_x薄膜转变.同时薄膜光学带隙逐渐变大,缺陷态密度增加,微观结构的有序度减小,也说明N_2的增加对富硅SiN_x薄膜产生有促进作用.此外,薄膜内出现了Si_3N_4结晶颗粒,且晶粒尺度随着N_2流量增加而减小,进一步说明薄膜从非晶SiN_x逐渐向含Si_3N_4结晶颗粒的富硅SiN_x转变.该实验证明了采用PECVD技术制备SiN_x薄膜时,通过控制N_2流量,有助于薄膜从非晶SiN_x逐渐向含有结晶的Si_3N_4的富硅SiN_x薄膜转变.     

氮化硅—铁系复合材料的制造方法

本文介绍耐磨性、耐热性均优的氮化硅—铁系复合材料的制造方法。 目前已付诸实用的陶瓷金属系复合材料有两类:一类是陶瓷分散型合金如Al_2O_3—Al系、ThO_2—Ni合金系等;另一类是金属陶瓷如WC—Co系、WC—TiC—Co系、TiC—Ni系、Cr_3C_2—Ni系、Al_2O_3—Cr系等。Si_3N_4—Fe系复合材料,因其主要原料氮化硅和铁在烧结中反应彻底,氮化硅陶瓷相和铁系金属相不能稳定存在,如按常规烧结冶炼,先要将Si_3N_4和Fe粉末混合、成形后,再置真空、惰性气体、H_2等氛围(为防止烧结过程中氧化和氮化)中以1150～1250℃高温烧结,按     

ZnO/g-C_3N_4复合材料的制备及其光催化性能研究

采用一步法成功制备了氧化锌/石墨相氮化碳(ZnO/g-C_3N_4)复合光催化材料,通过XRD,SEM,TEM,FT-IR和UV-vis DRS对所得样品的微观形貌和吸光特性进行了表征.结果表明,ZnO颗粒均匀分布在片状g-C_3N_4表面上,ZnO/g-C_3N_4最大光吸收边的位置相对于纯相ZnO发生了明显的红移.利用光催化降解甲基橙溶液评估了所得样品的光催化活性,发现ZnO/g-C_3N_4复合材料的光催化效率远高于纯相ZnO和纯相g-C_3N_4,分别达到ZnO的14倍和g-C_3N_4的9倍.复合材料光催化性能得以提升的主要原因有两点:复合样品材料具有比纯相ZnO更大的光吸收范围,提高了太阳光的利用率;ZnO纳米颗粒与g-C_3N_4紧密耦合形成的异质结构有效促进了光生电子-空穴对的分离.     

氮化硅陶瓷的烧结致密化研究

研究了几个工艺因素对添加Y_2O_3,Al_2O_3的氮化硅陶瓷的烧结致密化的影响。结果表明:添加有少量硅粉的压块较不添加硅粉的同成分陶瓷易实现其致密化;烧结升温速度;α-Si_3N_4→β-Si_3N_4相变温度对致密化无明显影响;含有5％BN粉末的烧结填料能使陶瓷获得最高的致密度。制得了接近热压陶瓷密度的烧结陶瓷。     

3维海绵状介孔氮化碳的制备及其光催化性能

以二氧化硅(SiO_2)球体为模版、三聚氰胺(melamine)为前躯体,通过固相反应方法制备具有可见光催化活性的海绵状介孔石墨相氮化碳(mpg-C_3N_4).采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、冷场发射式扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积测试仪(BET)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等对样品进行表征.以亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)为目标降解物,以直接煅烧前躯体得到的块状氮化碳(bulk-C_3N_4)和多孔氮化碳(mpg-C_3N_4)为光催化剂,研究可见光辐射下两个样品的光催化特性.研究结果表明,多孔氮化碳(mpg-C_3N_4)对MB和MO的降解率优于块状氮化碳(bulk-C_3N_4)的,且优于传统的金属氧化物催化剂TiO_2的.经过120min光照后,mpg-C_3N_4样品对MB和MO的降解效率分别可达99.6%和99.9%,且在10~(-6)～10~(-7) mol·L~(-1)的浓度下依然有很高的降解效率,因此可对微量和痕量的有机污染物进行有效降解.     

氨合成铁催化剂活性中心模型及分子氮的络合活化

根据α-Fe晶格参数,表面原子的配位不饱和性,反应的动力学几何因素,络合催化原理,以及由表面原子剩余杂化轨函所组成的基函的量子化学近似计算,本文提出N_2的端基吸附不是目前一般认为的垂直吸附在(111)晶面的底端原子上,而是N_2端基吸附在(111)晶面配位较底端原子不饱和的一个表面原子上,端基吸附与(111)面斜交约20°角,同时有三个与N_2分子中心相距约2.48A的最邻近铁原子侧基络合,生成端基加三侧基ω1,μ_3(η~2)型络合物。氨合成铁催化剂活性中心,除了这样的4-Fe原子簇吸附中心外,还需要一个和吸附中心毗邻并合用二原子的4-Fe原子簇氮分子离解中心,共构成6-Fe原子簇活性中心。本文提出的活性中心模型及吸附态,解释了H_2在铁屑上及钼屑上的吸附场电子发射显微镜图象(Brill et al.,＆ Ishizaka et al.);N_2或NH_3对催化剂预处理所引起的Mossbauer谱图象改变及氨合成活性的增加(Boudart et al.);N_2在Fe上的X光光电子能谱(Kishi et al.);说明了由场离子质谱证实的N_3~ ,N_4~ 的生成机理(Schmidt);~(14)N_2-~(15)N_2在Fe,Fe-Al_2O_3-K_2O上同位素交换机理,提出N或NH的表面迁移是同位素交换决定性步骤,从而解释了在Fe,Fe-Al_2O_3-K_2O上及H_2存在下同位素的显著差异及交换动力学(Ozaki et al.)。 ω_1,μ_     

MgO/Si3N4复合材料表面致密层的形成机理

研究发现MgO/Si3N4复合材料具有自阻碍氧化的性能,氧化时其表面能自发生成一层阻碍进一步氧化和提高抗侵蚀的致密层,添加Al,Si可以加厚、加宽致密层.在此基础上,研究了无添加剂和添加Al,Si的致密层的形成机理、组成和结构.提出转换氧分压为衡量气态氧化物SiO和Al2O的逸出标准,并确定气态的SiO或Al2O可以在氧化层内部生成以及由于它们在表面的再氧化和反应使表层内形成了致密层的机理.     

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。     

表面改性对氮化硅粉体及其涂层影响的研究

采用正硅酸乙酯水解法在氮化硅粉体表面包覆二氧化硅进行表面改性,并用改性后的粉体在石英基体表面涂层,通过IR、TG-DTA、XRD等对其结果进行了表征,结果表明氮化硅粉体在硅溶胶中达到了良好的分散,且改性后的氮化硅粉体的抗氧性提高,烧结温度降低,且制得涂层表面光滑,附着力良好,与基体结合牢固.     

Fabrication of silicon nitride／boron nitride nanocomposite powder

Si3N4/BN nanocomposite powders with the microstructure of the micro-sized α-Si3N4 particles coated with nano-sized BN particles were synthesized via the chemical reaction boric acid,urea,and α- Si3N4 powder in a hydrogen gas.The results of XRD,TEM,and selected area electron diffraction showed that amorphous BN and a little amount of turbostratic BN(t-BN) were coated on Si3N4 particles as the second phase after reaction at 1100℃.After re-heating the composite powders at 1450℃ in a nitrogen gas,the amorphous and turbostratic BN is transformed into h-BN.These nanocomposite powders can be used to prepare Si3N4/BN ceramic composites by hot-pressing at 1800℃,which have perfect machinability and can be drilled with normal metal tools.     

利用FT-IR和XPS研究纳米和微米氮化硅粉体在不同气氛下的表面结构变化(英文)

采用红外光谱技术和光电子表面能谱技术比较纳米和微米氮化硅粉体表面结构在空气中和在氮气中的变化规律.研究结果显示,纳米氮化硅在空气中逐渐吸附氧气和有机物质,其表面形成了Si—OH、C—C、C—N等化学基团,而在惰性的氮气气氛中,纳米氮化硅的表面氧化被有效抑制.上述研究工作为纳米氮化硅的表面改性研究提供了一定的理论支持.     

Synthesis and characterization of bifunctional terbium complex-based nanoparticles

Novel bifunctional terbium complex-based nanoparticles were developed using a modified Stber method and a layer-by-layer assembly process. A magnetic core of Fe3O4 nanoparticles was coated with a silica shell to form the first layer. Then a ternary Tb3+ complex (TESPPA-Tb), which acted as a luminescent marker, was covalently bound to the silica surface by stable Si-O-Si bonds. The TESPPA monomer was synthesized by binding pyridine 2,6-dicarboxylic acid to 3-aminopropyltriethoxysilane, which was used as a ligand for coordination with the Tb3+ ions. An outer shell of silica was applied to the nanoparticles to allow for versatility with surface functionalization. The nanoparticles were characterized by X-ray powder diffraction, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, ultravioletvisible spectroscopy, vibration sample magnetometer, and photoluminescence spectroscopy. The bifunctional nanoparticles exhibited favorable superparamagnetic behavior and photoluminescence properties of Tb3+. These nanoparticles have potential applications in biolabeling, bioseparation, immunoassays, and pathogenic diagnosis.     

Reaction behavior of trace oxygen during combustion of falling FeSi75 powder in a nitrogen flow

To explore the reaction behavior of trace oxygen during the flash combustion process of falling FeSi75 powder in a nitrogen flow, a flash-combustion-synthesized Fe-Si₃N₄ sample was heat-treated to remove SiO₂. The samples before and after the treatment were investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy, and the formation mechanism of SiO₂ was investigated. The results show that SiO₂ in the Fe-Si₃N₄ is mainly located on the surface or around the Si₃N₄ particles in dense areas, existing in both crystalline and amorphous states; when the FeSi75 particles, which are less than 0.074 mm in size, fell in up-flowing hot N₂ stream, trace oxygen in the N₂ stream did not significantly hinder the nitridation of FeSi75 particles as it was consumed by the surface oxidation of the generated Si₃N₄ particles to form SiO₂. At the reaction zone, the oxidation of Si₃N₄ particles decreased the oxygen partial pressure in the N₂ stream and greatly reduced the opportunity for FeSi75 particles to be oxidized into SiO₂; by virtue of the SiO₂ film developed on the surface, the Si₃N₄ particles adhered to each other and formed dense areas in the material.     

机械化学还原法制备Al_2O_3-Mo_3Si/Mo_5Si_3纳米复合粉体

以MoO3、Si粉和Al粉为原料,采用机械化学还原法制备了Al2O3-Mo3Si/Mo5Si3纳米复合粉体.利用X射线衍射(XRD)、激光粒度分析仪(LPS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和差热-热重分析(DTA-TG)等对复合粉体和球磨过程中粉体的固态反应过程进行表征.结果显示,MoO3-Si-Al混合粉体球磨5h后转变为Al2O3-Mo3Si/Mo5Si3复合粉体,反应为机械诱导的自蔓延反应.球磨20h后,Mo3Si、Mo5Si3和Al2O3的晶粒尺寸分别为27.5、23.3和31.8nm,产物具有纳米晶结构,粉体平均粒度为3.988μm,颗粒呈球形,分布均匀.DTA分析表明,复合粉体在机械化学反应过程中首先发生MoO3和Al之间的铝热反应,之后将发生一系列Mo和Si之间的反应,生成Mo5Si3和Mo3Si.     

微米氧化铝／尼龙1010复合材料剪切强度研究

以尼龙1010为基体,用硅烷偶联剂(KH—550)有机化处理过的氧化铝(Al2O3)为增强剂,进行氧化铝(Al2O3)/尼龙1010复合材料剪切性能实验.使用HITACHI S-3000N电子显微镜(SEM)观察、分析试件断面形貌.实验发现氧化铝(Al2O3)能有效改变其复合材料的剪切强度.当氧化铝(Al2O3)含量为10%时,氧化铝(Al2O3)/尼龙复合材料的剪切强度达到最大值;但随着氧化铝(Al2O3)质量分数的增加,剪切强度不断下降.影响剪切强度的主要因素是氧化铝颗粒与尼龙之间的界面强度.尼龙中填充氧化铝(Al2O3)降低了复合材料的塑性.     

Surface chemical structure of titania-silica nanocomposite powder

Titania-silica （TS） nanocomposite powder with three different composite structures, containing 10-30 mol% SiO2 in each structure, have been prepared by sol-gel processes. The surface characteristics of these titania-silica samples have been investigated by X-ray photo-emission spectroscopy （XPS） and high resolution transmission electron microscopy （HRTEM）. The study for all TS oxides annealed at 773 and 1173 K showed： an abnormal surface enrichment in Si increased with increasing annealing temperature; the Ti^3＋, Ti^2＋, Si^3＋ and Si^2＋ oxides coexisted with Ti^4＋ and Si^4＋ oxides, and the contents of these Ti/Si suboxides increased with increasing SiO2 content and annealing temperature; there was a layer rich in O on the topmost surface and the excess O could be attributed to the chem-adsorption of H2O; different composite structures could lead to different contents of Ti/Si suboxides. These results indicated that the surface of TS oxide powder derived by sol-gel process was a double layer with enriched O first and then SiOx/TiOy（x, y〈2）. Ti/Si suboxides could result from the thermal diffusion of Ti^4＋ and Si^4＋, which might be induced by the strong interaction between Ti^4＋ and Si^4＋.