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《江苏大学》 2016年
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多孔氮化硅陶瓷的制备及其性能的研究

冯厚坤  
【摘要】:随着工业的发展和城市化进程的加快,我国正面临着严峻的大气污染和水污染问题,如何有效的利用环境治理技术是当今社会环境和经济能否协调发展的重要课题。传统的催化剂载体存在着强度低、耐酸碱性差、高温膨胀系数大等缺点,应用在尾气处理和污水处理方面有着先天的不足。而具备抗腐蚀、耐热冲击性和高强度等优点的多孔氮化硅陶瓷在新型催化剂载体应用中有着广泛的前景,所以如何制备高强度和高气孔率的多孔氮化硅陶瓷成为本课题的研究重点。本课题以α-Si_3N_4为主要原料,以淀粉、稻壳、木屑为造孔剂,以MgO、Y_2O_3、Al_2O_3、ZrO_2为烧结助剂,制备了多孔氮化硅陶瓷。研究了造孔剂的掺量及种类、烧结助剂的掺量及种类、不同烧结制度对多孔氮化硅陶瓷抗折强度、显气孔率、物相组成和微观结构等性能的影响。淀粉、稻壳、木屑分别以0%、10%、20%、30%和40%掺量制备多孔氮化硅陶瓷,研究了造孔剂的种类和掺量对多孔氮化硅陶瓷性能的影响。实验结果表明,随着造孔剂掺量的增加,氮化硅陶瓷的抗折强度呈减少的趋势、显气孔率和吸水率先增大后减小、体积密度先减小后增大;三种造孔剂中,淀粉的造孔效果最好,在添加量为30%,加入8%烧结助剂(Y_2O_3:A1_2O_3=6:2)时,可制备出抗折强度为53.2 MPa,显气孔率为43.6%的多孔氮化硅陶瓷制品。以MgO、Y_2O_3、Al_2O_3、ZrO_2为烧结助剂,淀粉为造孔剂,分析了MgO、Y_2O_3、Y_2O_3-Al_2O_3、MgO-Al_2O_3的烧结机理,研究了烧结助剂的种类和掺量对多孔氮化硅陶瓷抗折强度、显气孔率、物相组成和微观结构等性能的影响。实验结果表明,随着烧结助剂掺量的增加,多孔陶瓷的抗折强度先增大后减小,显气孔率先减小后增大;加入复合烧结助剂制备的多孔氮化硅陶瓷的性能要比加入单一烧结助剂要好,加入ZrO_2有利于增加多孔氮化硅陶瓷的抗折强度;以6%Y_2O_3、3%Al_2O_3、3%ZrO_2为烧结助剂,淀粉为造孔剂,可制备出抗折强度为68.7 MPa,显气孔率为43.7%的多孔陶瓷制品。利用SPS烧结技术制备了多孔氮化硅陶瓷,探讨了烧结温度和保温时间对多孔陶瓷制品性能的影响,对比了常压烧结和SPS烧结工艺所得多孔陶瓷制品的各项性能。实验结果表明,SPS烧结工艺可降低氮化硅陶瓷的烧结温度,减少烧结时间,相较于常压烧结陶瓷制品的致密度较高;综合分析了制备出的陶瓷试样的性能,SPS工艺烧结多孔氮化硅陶瓷最佳烧结温度在1500℃左右,最佳保温时间在5 min左右;当烧结助剂添加量为8%(Y_2O_3:A1_2O_3=6:2),淀粉掺入量为30%,在1500℃下保温5 min可制备出抗折强度为59.6 MPa,显气孔率为37.3%的多孔氮化硅陶瓷制品。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ174.1

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