本文關(guān)鍵詞：多孔氮化硅陶瓷的制備及其性能的研究

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【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,我國正面臨著嚴(yán)峻的大氣污染和水污染問題,如何有效的利用環(huán)境治理技術(shù)是當(dāng)今社會環(huán)境和經(jīng)濟(jì)能否協(xié)調(diào)發(fā)展的重要課題。傳統(tǒng)的催化劑載體存在著強(qiáng)度低、耐酸堿性差、高溫膨脹系數(shù)大等缺點(diǎn),應(yīng)用在尾氣處理和污水處理方面有著先天的不足。而具備抗腐蝕、耐熱沖擊性和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)的多孔氮化硅陶瓷在新型催化劑載體應(yīng)用中有著廣泛的前景,所以如何制備高強(qiáng)度和高氣孔率的多孔氮化硅陶瓷成為本課題的研究重點(diǎn)。本課題以α-Si_3N_4為主要原料,以淀粉、稻殼、木屑為造孔劑,以MgO、Y_2O_3、Al_2O_3、ZrO_2為燒結(jié)助劑,制備了多孔氮化硅陶瓷。研究了造孔劑的摻量及種類、燒結(jié)助劑的摻量及種類、不同燒結(jié)制度對多孔氮化硅陶瓷抗折強(qiáng)度、顯氣孔率、物相組成和微觀結(jié)構(gòu)等性能的影響。淀粉、稻殼、木屑分別以0%、10%、20%、30%和40%摻量制備多孔氮化硅陶瓷,研究了造孔劑的種類和摻量對多孔氮化硅陶瓷性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著造孔劑摻量的增加,氮化硅陶瓷的抗折強(qiáng)度呈減少的趨勢、顯氣孔率和吸水率先增大后減小、體積密度先減小后增大;三種造孔劑中,淀粉的造孔效果最好,在添加量為30%,加入8%燒結(jié)助劑(Y_2O_3:A1_2O_3=6:2)時,可制備出抗折強(qiáng)度為53.2 MPa,顯氣孔率為43.6%的多孔氮化硅陶瓷制品。以MgO、Y_2O_3、Al_2O_3、ZrO_2為燒結(jié)助劑,淀粉為造孔劑,分析了MgO、Y_2O_3、Y_2O_3-Al_2O_3、MgO-Al_2O_3的燒結(jié)機(jī)理,研究了燒結(jié)助劑的種類和摻量對多孔氮化硅陶瓷抗折強(qiáng)度、顯氣孔率、物相組成和微觀結(jié)構(gòu)等性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著燒結(jié)助劑摻量的增加,多孔陶瓷的抗折強(qiáng)度先增大后減小,顯氣孔率先減小后增大;加入復(fù)合燒結(jié)助劑制備的多孔氮化硅陶瓷的性能要比加入單一燒結(jié)助劑要好,加入ZrO_2有利于增加多孔氮化硅陶瓷的抗折強(qiáng)度;以6%Y_2O_3、3%Al_2O_3、3%ZrO_2為燒結(jié)助劑,淀粉為造孔劑,可制備出抗折強(qiáng)度為68.7 MPa,顯氣孔率為43.7%的多孔陶瓷制品。利用SPS燒結(jié)技術(shù)制備了多孔氮化硅陶瓷,探討了燒結(jié)溫度和保溫時間對多孔陶瓷制品性能的影響,對比了常壓燒結(jié)和SPS燒結(jié)工藝所得多孔陶瓷制品的各項(xiàng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SPS燒結(jié)工藝可降低氮化硅陶瓷的燒結(jié)溫度,減少燒結(jié)時間,相較于常壓燒結(jié)陶瓷制品的致密度較高;綜合分析了制備出的陶瓷試樣的性能,SPS工藝燒結(jié)多孔氮化硅陶瓷最佳燒結(jié)溫度在1500℃左右,最佳保溫時間在5 min左右;當(dāng)燒結(jié)助劑添加量為8%(Y_2O_3:A1_2O_3=6:2),淀粉摻入量為30%,在1500℃下保溫5 min可制備出抗折強(qiáng)度為59.6 MPa,顯氣孔率為37.3%的多孔氮化硅陶瓷制品。
【關(guān)鍵詞】：氮化硅 多孔陶瓷 燒結(jié)助劑 造孔劑 放電等離子燒結(jié)
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 多孔陶瓷的研究現(xiàn)狀12
• 1.3 多孔陶瓷的制備工藝12-15
• 1.4 多孔氮化硅陶瓷的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4.1 氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)15-17
• 1.4.2 氮化硅陶瓷的性能17
• 1.4.3 多孔氮化硅陶瓷的國內(nèi)外研究進(jìn)展17-19
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容及意義19-20
• 2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及研究路線20-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器20-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)步驟及工藝流程25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)燒結(jié)方法26-28
• 2.4 測試及表征方法28-31
• 2.4.1 密度測試28
• 2.4.2 力學(xué)性能測試28-29
• 2.4.3 物相和顯微結(jié)構(gòu)分析29
• 2.4.4 熱重-差式掃描同步熱分析29-31
• 3 造孔劑對多孔氮化硅陶瓷性能的影響31-43
• 3.1 實(shí)驗(yàn)步驟和配方設(shè)定31-32
• 3.2 造孔劑對多孔氮化硅陶瓷性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響32-41
• 3.2.1 不同造孔劑對多孔陶瓷顯氣孔率的影響35-36
• 3.2.2 不同造孔劑對多孔陶瓷抗折強(qiáng)度影響36-38
• 3.2.3 不同造孔劑對多孔陶瓷吸水率的影響38
• 3.2.4 不同造孔劑對多孔陶瓷體積密度的影響38-39
• 3.2.5 不同造孔劑對多孔陶瓷物相組成的影響39-40
• 3.2.6 不同造孔劑對多孔陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的影響40-41
• 3.3 本章小結(jié)41-43
• 4 燒結(jié)助劑對多孔氮化硅陶瓷性能的影響43-54
• 4.1 實(shí)驗(yàn)步驟43-44
• 4.2 燒結(jié)助劑對多孔氮化硅陶瓷性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響44-52
• 4.2.1 燒結(jié)助劑對多孔氮化硅陶瓷顯氣孔率和抗折強(qiáng)度的影響44-50
• 4.2.3 燒結(jié)助劑對多孔氮化硅陶瓷物相組成的影響50-51
• 4.2.4 燒結(jié)助劑對多孔氮化硅陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的影響51-52
• 4.3 本章小結(jié)52-54
• 5 燒結(jié)工藝對多孔氮化硅陶瓷性能的影響54-65
• 5.1 SPS燒結(jié)機(jī)理和優(yōu)點(diǎn)介紹54-55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)工藝與步驟55-57
• 5.3 燒結(jié)溫度對多孔氮化硅陶瓷性能及顯微結(jié)構(gòu)的影響57-59
• 5.3.1 燒結(jié)溫度對多孔氮化硅陶瓷抗折強(qiáng)度和顯氣孔率的影響58
• 5.3.2 燒結(jié)溫度對多孔氮化硅陶瓷物相組成的影響58-59
• 5.4 保溫時間對多孔氮化硅陶瓷性能及顯微結(jié)構(gòu)的影響59-61
• 5.4.1 保溫時間對多孔氮化硅陶瓷抗折強(qiáng)度和顯氣孔率的影響60
• 5.4.2 保溫時間對多孔氮化硅陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的影響60-61
• 5.5 兩種燒結(jié)工藝對多孔氮化硅陶瓷物相組成和微觀結(jié)構(gòu)的影響61-63
• 5.6 本章小結(jié)63-65
• 6 結(jié)論及展望65-67
• 6.1 結(jié)論65-66
• 6.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果74

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