合成温度对碳热还原法合成碳化硅晶须形貌的影响

以SiO2微粉为硅源,炭黑为碳源,氧化硼为催化剂,采用碳热还原法分别在1500 ℃、1550 ℃、1600 ℃制备了SiC晶须.通过扫描电镜,电子探针和透射电镜等分析手段,研究了合成温度对SiC晶须形貌的影响,探讨了晶须的生长机理.结果表明:当合成温度为1500 ℃时,所合成的SiC晶须形貌呈竹节状,选区电子衍射分析发现孪晶等面缺陷在晶须的生长方向上周期性出现;当合成温度在1550 ℃以上时,哑铃状晶须的数量会急剧增多,分析表明晶须表面包裹的串珠小球为β-SiC.在晶须的顶端发现催化剂熔球,由此推测生长机理为VLS机理,但当合成温度超过1550 ℃时,SiC会以VS生长机理沿径向沉积生成哑铃状晶须.     

合成β-SiCw的催化剂熔球机理研究

本文用扫描电镜(SEM)研究了合成β-SiCw的反应过程和晶须的生长机理.通过对催化剂熔球的元素含量分析,发现β-SiCw的形成过程属气-液-固(VLS)三相反应过程,反应体系中含硅、碳的物质熔解在催化剂熔球中反应生成SiC,SiC在催化剂熔球的定向修正作用下沿(111)面结晶形成β-SiCw.用此方法合成β-SiCw反应速度快,晶须质量好,晶须生成率高.     

SiC/SiC复合材料的原位合成与表征

采用常压烧结原位反应合成的方法制备了SiC/SiC复合材料,碳和硅是以滤纸和酚醛树脂为C源,采取滤纸表面涂覆Si粉树脂悬浮液的方法引入.采用XRD,SEM以及EDAX分别分析了材料的组成和微观机构,并重点分析了复合材料中SiC纳米线的生成与生长机理.结果表明,在温度为1430℃时,制备的SiC纳米线表面光滑,尺寸均一,长径比大于103,其生长机制为VS机制,由此开发了一种一步法制备SiC/SiC复合材料的新方法.     

自蔓延高温合成氮化铝晶须形态和生长机理研究(1)

采用自蔓延高温合成技术(SHS),在高压氮气中成功地合成了氮化铝晶须,并对它的显微结构进行了研究.研究结果表明,由于制备时的生长条件极不稳定,出现不同形态的晶须形貌,除了细长均匀的氮化铝晶须外,还出现了各种其它不规则形状的产物.过饱和度的不同,产生了枝蔓晶结构.按照VS生长方式,在均衡生长条件下,生长为本征结构的氮化铝晶须.晶须顶端的杂质小液滴,为VLS生长方式创造了条件.通过光学显微镜观察,合成出的氮化铝晶须是透明的.     

温度对Al2O3-C材料中β-Sialon晶须形成的影响研究

本文研究了温度对Al3O3-C耐火材料中β-Si3Al3O3N5晶须形成的影响规律.研究发现:在弱还原性气氛下,Al2O3-Si-Al-C稳定存在的非氧化物物相为Al4C3 、AlN、SiC和p-Sialon相.其中,催化作用下,Al2O3-C耐火材料中的金属Al在1000℃时转化为AlN,金属Si在1200℃时转化成SiC,在1400℃时有β-Sialon相生成;而无催化剂存在时,生成的物相仅为SiC和AlN相.催化作用下,AlN形貌呈短柱状;SiC呈晶须状,直径为亚微米级,且晶须有液点存在;β-Sialon相呈纳米晶须状.SiC和β-Sialon晶须的生长都符合气-液-固机理.     

铝粉添加量对自结合碳化硅材料结构与性能的影响

以3种粒度的α-SiC颗粒为骨料,以硅粉、石墨粉为β-SiC基质的原料,以铝粉为添加剂,通过埋粉烧结法制备自结合碳化硅材料.研究了铝粉添加量对自结合碳化硅的相组成、形貌以及性能的影响.采用XRD、SEM等测试手段对材料的组成、结构与性能进行了表征,探究铝粉促进SiC晶须原位合成的机理.研究结果表明:铝粉的加入对改善SiO气体分压起着重要作用.随着铝粉加入量的增加,SiC晶须生成量逐渐增加,晶须长径比增大,样品吸水率、气孔率呈下降的趋势,体积密度、抗折强度呈上升趋势.当铝的加入量为2.5wt;时,SiC晶须生成量最多,晶须形貌光滑,长径比最大,材料性能最优.样品吸水率、气孔率达到最小值,分别为7.96;、18.4;,样品体积密度、抗折强度达到了最大值,分别为2.32 g/cm3、70.1 MPa,热膨胀系数为4.62×10-6/C-(室温～1000℃).     

熔盐辅助碳热还原氮化法制备氮化钽晶须

本文以五氧化二钽、活性炭为主要原料,氟化钾为熔盐介质,通过碳热还原氮化法在氨气气氛下成功制备了氮化钽(Ta5N6)晶须.运用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)对合成产物的组成、结构和形貌进行了表征.研究了升温方式、氮化气氛、氮化时间和催化剂含量对产物形成的影响.当Ni与Ta2O5的摩尔比为0.1、氮化气氛为氨气(流量为300 mL/min)、氮化时间为6h时制备的晶须形貌最佳,晶须直径80～250 nm,长为1～5μm,晶须的生长机制为气-液-固(VLS)和气-固(VS)两种机理的混合机制.     

自蔓延高温合成氮化铝晶须形态和生长机理研究(2)

在对自蔓延高温合成方法制得的AIN晶须形态研究的基础上,采用高分辩电镜等技术,对AIN晶须进行了生长机理研究,结果表明,晶须头部的小液滴显示氮化铝晶须可由VLS机制生成.光滑晶须头部的出现、过饱和度与晶须直径的关系、侧面的二次生长、生长台阶的出现,这些都说明VS机制在起作用.虽然在AIN晶须中发现层错和位错,但经过分析认为,它们都不是氮化铝晶须的生长机制.     

低压铸造升液管用Si3N4/SiC复相非致密陶瓷材料显微结构和力学性能

以低压铸造用升液管为研究目的,磨切单晶硅废料Si粉和SiC为原料,Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,反应烧结法制备Si3N4/SiC复相陶瓷.研究了Y2O3含量对复合材料结构和力学性能的影响,采用XRD、SEM对复合材料的相组成、微观形貌进行分析.结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相的烧结体,并含有少量Sialon晶须及未反应的Si.Y2O3含量对复相陶瓷力学性能影响很大,在分析稀土Y2O3作用机理的基础上,得到2.5wt; Y2O3优化试样的力学性能优良,相对密度达到88;,维氏硬度达到1.1 GPa,常温抗弯强度50 MPa.     

葡萄糖为碳源的SiC-TiC复合粉末合成工艺研究

以硅溶胶、葡萄糖和TiO2为初始原料,采用碳热还原法在氩气气氛下合成SiC-TiC复合粉末.探讨了不同反应温度对SiC-TiC复合粉末的物相组成、粒径分布、显微形貌等方面的影响.采用X-射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪、扫描电镜(SEM)等手段对所合成的SiC-TiC复合粉末进行表征.研究结果表明:SiC-TiC复合粉末适宜的合成条件为在1550℃保温2h.在1550℃下合成的SiC-TiC复合粉末主要由少量的片状颗粒、一定量的晶须以及大量的近似球状颗粒构成.粉末样品中SiC晶须的生长机理遵循气-固(VS)机理.     

SiC/SiC复合材料高温力学性能研究

以聚碳硅烷为连续SiC陶瓷基体相的先驱体,三维四向SiC纤维预制体为增强相,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺制备了SiC纤维增强SiC陶瓷基(SiC/SiC)复合材料,分析表征了复合材料的组成、结构和力学性能.结果表明,SiC/SiC复合材料室温弯曲强度和断裂韧性分别为400 MPa和16.5 MPa·m1/2,优异的室温力学性能可以保持到1350℃.随着温度增加,弯曲强度基本不变,1350℃时因界面层受到破坏而断裂韧性稍有下降.     

催化剂、温度和保护气体对微硅粉合成碳化硅晶须的影响

以工业废弃物微硅粉为硅源,石墨为碳源,硼酸为催化剂,采用碳热还原法制备碳化硅晶须.通过XRD及SEM对合成产物的物相及形貌进行分析,探讨了碳源、合成温度、催化剂加入量和保护气体对合成碳化硅晶须的影响.结果表明:选择石墨为碳源可成功制备出碳化硅晶须;合成温度为1550℃和1650℃时,所制备的晶须呈直线状,表面平直光滑,而当温度为1600℃时,晶须呈竹节状;以氮气为保护气体,催化剂的含量为5; ～ 6;时,合成的晶须的产率最高,且品质好,晶须在氮气中的生长机理推测为气固机理.该合成方法为工业废弃物微硅粉的高质化利用提供了一条切实可行的路线.     

稻壳灰制备Si3N4/SiC复合粉体的研究

本文主要研究不同的SiO2∶C比例对所制备Si3N4/SiC复合粉体组成的影响.采用生物质能电厂所产生的工业废弃物稻壳灰和炭黑为原料,以稻壳灰中的SiO2为标准与炭黑配成不同比例的粉料,在氮气气氛下经1550℃保温3h热处理.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析烧后试样的物相组成和显微结构.结果表明:当SiO2∶C为5∶6时得到的产物为Si3N4/SiC复合粉体;当SiO2∶C为5∶2和5∶3时,得到产物的组成为SiC、O'-Sialon和β-Si3N4.     

混合助晶剂促进大长径比硫酸钙晶须的调控研究

以预处理后的磷石膏为原料,氯化镁、丙三醇、丙三醇/无水乙醇、丙三醇/硬脂酸为助晶剂,采用水热法制备了硫酸钙晶须,利用XRF、SEM、XRD和FT-IR分别对硫酸钙晶须的成分含量、表面形貌、物相特征等进行了表征.结果表明,混合助晶剂能够明显增大硫酸钙晶须的长径比,提高晶须合成率,改善晶须形貌.在丙三醇/无水乙醇体系中,当V(无水乙醇)/V(丙三醇)=0.8时,硫酸钙晶须的合成率为96;,长径比可达90.在丙三醇/硬脂酸体系中,当m(硬脂酸)/m(磷石膏)=2;时,硫酸钙晶须的合成率为94;,长径比可达75.     

无水硫酸钙晶须对不同种类石膏基复合材料性能的影响

将无水硫酸钙晶须掺入天然石膏,脱硫石膏和磷石膏三种石膏基体中,研究无水硫酸钙晶须对不同种类石膏基体性能的影响.并利用XRD和SEM分别分析三种石膏基体原材料的物相组成和掺有无水硫酸钙晶须石膏基复合材料的微观性能.结果表明,随着无水硫酸钙晶须掺量的增加,三种石膏基复合材料的凝结时间均缩短,气孔率都先降低后上升.天然石膏基复合材料在无水硫酸钙晶须掺量为15;时力学性能最优,抗折强度和抗压强度较空白样分别增长31.6;和10.7;.脱硫石膏基复合材料在无水硫酸钙晶须掺量为10;时力学性能最优,抗压强度较空白样提高18.5;.磷石膏基复合材料在无水硫酸钙晶须掺量为15;时力学性能最优,抗折强度较空白样提高98.3;.     

低温耦合固相氮化反应合成β-Sialon

本研究拟在氮化气氛下,以金属Al粉、Si粉、α-Al2O3为原料,添加Y2O3,耦合氮化反应制备β-Sialon.通过在不同温度下的氮化反应烧结试验,研究了Y3+对β-Sialon晶相组成、晶粒大小、晶格常数及显微结构的影响.采用XRD和SEM表征试样中的晶相和显微结构,利用X'Pert Plus软件对试样进行晶胞参数分析,通过Semi-quantification法对试样各晶相组成进行计算.结果表明:随着温度的升高,合成β-Sialon相的含量不断提高,在1550℃时达到最高;添加Y2O3可以在相对较低温度条件下合成β-Sialon相,y3+对Al3+的置换作用导致β-Sialon相结构畸变,且随耦合氮化反应烧成温度的升高,晶胞体积可由1350℃时的0.208448 nm3增大到1550℃时的0.236776 nm3,合成β-Sialon相呈现增加的趋势.同时在合成β-Sialon结构中,由于过量助烧结剂Y2O3易与原料中Al2O3形成针状YAG.     

用粉煤灰和高岭土混合原料合成β-Sialon粉体

以粉煤灰、高岭土混合物为原料,采用碳热还原氮化法制备了不同z值的β-Sialon粉体.研究了原料组成(Si/Al值)、活性炭配量以及反应温度对合成产物物相的影响.利用X射线衍射仪分析产物物相的组成,用扫描电子显微镜对产物的显微形貌进行分析.结果表明,当原料中Si/Al值为1.5,配炭量过量100;时,在1450℃保温6h条件下,可以合成主要物相为Si3Al3O3N5(β-Sialon,z=3)的粉体,粉体的显微形貌呈现纤维状;当原料中Si/Al值为1.7,配炭量过量150;时,在1450℃保温6h条件下,可以制备主要物相为Si4Al2O2N6(β-Sialon,z=2)的粉体,粉体的显微形貌呈现纤维状和板状.     

化学气相沉积法制备氧化镓纳米线

β-Ga2O3纳米线是一种新型具有强发光特性的宽带隙半导体材料,作为探测器性能稳定巨可靠,近年来受到了极大的关注.本文主要采用化学气相沉积法(CVD),以Ag纳米颗粒为催化剂,在Si(100)衬底上生长了β-Ga2O3纳米线,经EDS、SEM、TEM等技术表征,证明其大部分遵循VLS生长机理,少许遵循VS机制.其中遵循 VLS 生长机制的β-Ga2O3纳米线更细更长,其形貌均匀一致,长度约为230～260 μm,直径约为150～180 nm,巨Ag颗粒皆在纳米线顶部.     

反应热压烧结制备SiC/ZrB2复相陶瓷及其性能表征

以二硼化锆、硅和活性碳为原材料,在1850℃、20 MPa条件下,采用反应热压烧结工艺制备出了SiC/ZrB2陶瓷基复合材料.研究了添加剂(硅和活性碳)含量对ZrB2陶瓷烧结行为和力学性能的影响.借助X射线衍射和扫描电镜分析了复合材料的物相组成和微观结构.研究结果表明:添加剂可以显著提高复合材料的烧结致密度和力学性能.复合材料的XRD衍射图谱中只有ZrB2和SiC的衍射峰.当添加剂含量为12wt;时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到584MPa和7.25MPa ·m1/2.显微结构分析表明,致密度的提高、晶粒粒径的减小以及断裂模式的转变是复合材料力学性能提高的主要原因.     

液相体系晶须生长机理:拓展的ACP机制

晶须生长机制一直备受关注,然而"晶须到底是怎样生长为条状的?"这一科学问题始终未能得到解决.传统晶须生长机制不适用于液相体系晶须生长.本文试图提出液相体系晶须生长机制应为拓展的ACP(Anion Coordination Polyhedron)机制.因为传统的晶须生长机制未能解释液相体系晶须的生长形态,也未能解释晶须的多样性以及指导人工可控晶须生长.拓展的ACP生长机制克服了这些问题,并有效地指导人工晶须生长.