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《安徽理工大学》 2016年
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稻壳氮化硅基多孔陶瓷的低温制备及性能研究

许晓敏  
【摘要】:本课题采用低成本农业废弃物—稻壳为初始原料,经过预处理后得到碳化稻壳,作为碳热还原氮化—常压烧结低温制备Si3N4多孔陶瓷、Sialon多孔陶瓷及Si2N2O多孔陶瓷的硅源、碳源及成孔剂。研究了碳化过程对稻壳性能的影响,同时研究了烧结温度、碳硅比、氧化铝掺量、稻壳掺量对氮化硅基多孔陶瓷性能的影响,采用Archimedes法、三点弯曲法测量了烧结试样显气孔率、密度及抗弯强度。通过XRD测定了烧结试样的物相组成,并用SEM观察其显微形貌。本实验选用的稻壳初始碳硅比为7.32,经预处理后得到碳硅比为0.4-0.9的碳化稻壳。研究碳化稻壳C/SiO2对多孔陶瓷性能的影响。当选用碳化稻壳C/SiO2为0.7,在1450-1500℃下制备出的多孔陶瓷的物相组成为α-Si3N4和β-Si3N4,当烧结温度为1550℃,烧成试样主物相为β-Si3N4,比文献记载低约200℃,其显气孔率为38.48%,抗弯强度为83.40 MPa,从显微结构中可以看出陶瓷中孔隙分布均匀,孔径约为2 μm, β-Si3N4呈团簇状生长,长径比约为6-8。为进一步研究烧结助剂对氮化硅基多孔陶瓷性能影响,以C/SiO2为0.7的碳化稻壳和α-Si3N4为主要原料,研究A12O3掺量对稻壳低温制备氮化硅基多孔陶瓷性能的影响。结果表明:1450-1550℃下随A1203掺量增加,烧成陶瓷的显气孔率减小,抗弯强度增大,抗氧化性能提高。A1203掺量为6%-9%时,在1500℃完成α→β的相变过程,温度提高到1550℃,试样的主物相为β-Sialon, Al2O3掺量为6%时,显气孔率为35.98%,抗弯强度为103.75 MPa,抗氧化性能较好。以C/SiO2为0.3碳化稻壳为原料,添加5%氮化硅晶种,在1300℃氮气气氛下合成氧氮化硅粉体,粉体中位径D50为3.50μm。以C/SiO2为0.3的碳化稻壳和氮化硅为主要原料,在1450℃到1500℃下一步制备氧氮化硅多孔陶瓷,研究碳化稻壳掺量对氧氮化硅多孔陶瓷性能的影响。研究表明:随着稻壳掺量的增加,烧成试样的线收缩率、质量损失、显气孔率增大,抗弯强度降低。烧结温度为1500℃,稻壳含量为80%时烧成陶瓷的主物相为Si2N2O,显气孔率为35.98%、抗弯强度为67.31 MPa。
【学位授予单位】:安徽理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ174.1

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