溶胶-凝胶、微波碳热还原合成Sialon、SiC超细粉及其介电性能

摘要

本文以正硅酸乙酯、蔗糖为主要原料，通过溶胶-凝胶、微波碳热还原工艺合成了β-Sialon、O'-Sialon和SiC超细粉。研究了硅碳摩尔比、合成温度、保温时间、晶种种类及其加入量、添加剂种类及其加入量等工艺条件对这些超细粉合成过程的影响。对合成的β-Sialon、SiC超细粉进行了表征并研究了其吸附特性和分散特性。采用变温氧化动力学的方法对β-Sialon超细粉的高温氧化行为进行了研究。还研究了所合成β-Sialon、SiC超细粉的介电性能。 β-Sialon超细粉的合成研究表明：(1)过量的碳有利于β-Sialon的合成。埋SiC粉辅助加热不利于β-Sialon的合成。延长保温时间、增大氮气流量可以促进β-Sialon的合成。β-Sialon的合成量随着温度的升高而增加，但是温度高于1400℃以后，β-Sialon转化为15R相和SiC，其最佳合成温度为1300℃。品种对微波合成β-Sialon没有显著的影响。Fe<,2>O<,3>可以显著促进β-Sialon的合成，而TiO<,2>则抑制了β-Sialon碳热还原氮化反应的进行。(2)FE-SEM分析结果表明，合成的β-Sialon超细粉呈颗粒状，其粒度小于100nm；粒度分析仪和比表面分析的结果表明，合成的β-Sialon超细粉发生了团聚，其二次粒度在500nm左右。(3)溶胶-凝胶、微波碳热还原氮化法合成的β-Sialon超细粉，其吸附性及分散性均优于常规氮化炉中合成的β-Sialon粉体。(4)利用BP神经元网络理论，建立了硅碳摩尔比、氮化还原温度与合成粉体中β-Sialon的相对含量之间的非线性对应关系模型。验证实验表明网络预测效果良好。 O'-Sialon超细粉的合成研究表明：通过溶胶-凝胶、微波碳热还原氮化工艺在硅碳摩尔比为1：3．5，温度为1400℃，保温时间为2h的条件下可以合成O'-Sialon，但是很难得到单相的O'-Sialon。适当的增加碳含量有利于O'-Sialon的合成，延长保温时间也可以促进其还原氮化的进行。O'-Sialon晶种的加入可以促进还原氮化反应的进行，但是效果微弱。 SiC超细粉的合成研究表明：(1)过量的碳有利于SiC的合成。SiC的晶形随着温度的升高而逐渐完善，其最佳合成温度为1300℃。适当延长保温时间有利于SiC的合成。晶种对SiC超细粉的微波还原合成没有显著的影响。(2)FE-SEM分析结果表明，所合成的SiC超细粉呈颗粒状，粒度在60nm左右；粒度分析仪和比表面分析结果表明，合成的超细粉发生团聚，其二次粒度在200nm左右。(3)所合成的SiC超细粉其吸附性优良。β-Sialon超细粉的抗氧化性研究表明：氧化反应的活化能随着反应的进行不断变化，氧化反应前后期的机理不同。反应初期为三维扩散机理，其机理函数为反Jander方程，活化能E=240.5kJ/mol；指前因子A=5.7×10<'3>/S。反应后期为随机成核和随后生长的机理，其机理函数为Avrami-Erofeev方程，F(α)=[-In(1-α)]<'3>，反应级数n=3，活化能E=410.7kJ/mol，指前因子A=3.5×10<11>/s。 超细粉的介电性能研究表明：β-Sialon、SiC超细粉的复介电常数基本不随频率的变化而改变。溶胶-凝胶、微波碳热还原氮化合成的β-Sialon超细粉其复介电常数略大于常规氮化合成的β-Sialon粉。合成的β-Sialon超细粉的损耗角正切接近0，基本不吸收微波。SiC超细粉的复介电常数，其实部在14左右，虚部在1.2左右，损耗角正切在0.09左右。在六种等效复介电常数的计算公式中，Lichtenecker公式最符合实际情况。

目录

文摘

英文文摘

引言

1文献综述

2实验

2.1实验内容

2.2实验原料

2.3实验方法

2.3.1工艺研究

2.3.2粉体表征

3β-Sialon超细粉溶胶-凝胶、微波碳热还原氮化合成工艺研究

3.1引言

3.2热力学分析

3.2.1分子式的确定

3.2.2 β-Sialon合成温度评估

3.3实验方法

3.4结果与讨论

3.4.1硅碳摩尔比的影响

3.4.2埋粉的影响

3.4.3温度的影响

3.4.4保温时间的影响

3.4.5氮气流量的影响

3.4.6晶种种类及其加入量的影响

3.4.5添加剂种类及其加入量的影响

3.4.6 β-Sialon的晶格常数和z值

3.4.7显微结构及粒度分布

3.4.8合成β-Sialon超细粉的吸附特性及分散性

3.5工艺优化

3.6 小结

4.O'-Sialon超细粉溶胶-凝胶、微波碳热还原氮化合成工艺研究

4.1引言

4.2实验方法

4.3工艺研究

4.3.1硅碳摩尔比的影响

4.3.2合成温度和保温时间的影响

4.3.3晶种加入量的影响

4.4 小结

5.SiC超细粉溶胶-凝胶、微波碳热还原合成工艺研究

5.1引言

5.2实验方法

5.3工艺研究

5.3.1硅碳摩尔比的影响

5.3.2合成温度和保温时间的影响

5.3.3晶种加入量的影响

5.4显微结构及粒度分析

5.5合成超细粉的吸附特性

5.6小结

6.β-Sialon超细粉的变温抗氧化性能研究

6.1引言

6.2实验

6.3结果与分析

6.3.1热分析

6.3.2 Friedman-Reich-Levi法

6.3.3判断机理函数

6.3.4普适积分法

6.3.5 Achar-Brindley-Sharp-Wendworth法

6.4 小结

7.β-Sialon、SiC超细粉的介电性能研究

7.1引言

7.2实验

7.3结果与分析

7.4 小结

结论

参考文献

致谢

附录 发表的学术论文：