溶膠-凝膠、微波碳熱還原合成Sialon、SiC超細(xì)粉及其介電性能.pdf

1、本文以正硅酸乙酯、蔗糖為主要原料，通過溶膠-凝膠、微波碳熱還原工藝合成了β-Sialon、O'-Sialon和SiC超細(xì)粉。研究了硅碳摩爾比、合成溫度、保溫時間、晶種種類及其加入量、添加劑種類及其加入量等工藝條件對這些超細(xì)粉合成過程的影響。對合成的β-Sialon、SiC超細(xì)粉進(jìn)行了表征并研究了其吸附特性和分散特性。采用變溫氧化動力學(xué)的方法對β-Sialon超細(xì)粉的高溫氧化行為進(jìn)行了研究。還研究了所合成β-Sialon、SiC超細(xì)粉的介

2、電性能。 β-Sialon超細(xì)粉的合成研究表明：(1)過量的碳有利于β-Sialon的合成。埋SiC粉輔助加熱不利于β-Sialon的合成。延長保溫時間、增大氮氣流量可以促進(jìn)β-Sialon的合成。β-Sialon的合成量隨著溫度的升高而增加，但是溫度高于1400℃以后，β-Sialon轉(zhuǎn)化為15R相和SiC，其最佳合成溫度為1300℃。品種對微波合成β-Sialon沒有顯著的影響。Fe<,2>O<,3>可以顯著促進(jìn)β-Sial

3、on的合成，而TiO<,2>則抑制了β-Sialon碳熱還原氮化反應(yīng)的進(jìn)行。(2)FE-SEM分析結(jié)果表明，合成的β-Sialon超細(xì)粉呈顆粒狀，其粒度小于100nm；粒度分析儀和比表面分析的結(jié)果表明，合成的β-Sialon超細(xì)粉發(fā)生了團(tuán)聚，其二次粒度在500nm左右。(3)溶膠-凝膠、微波碳熱還原氮化法合成的β-Sialon超細(xì)粉，其吸附性及分散性均優(yōu)于常規(guī)氮化爐中合成的β-Sialon粉體。(4)利用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論，建立了硅碳摩

4、爾比、氮化還原溫度與合成粉體中β-Sialon的相對含量之間的非線性對應(yīng)關(guān)系模型。驗證實驗表明網(wǎng)絡(luò)預(yù)測效果良好。 O'-Sialon超細(xì)粉的合成研究表明：通過溶膠-凝膠、微波碳熱還原氮化工藝在硅碳摩爾比為1：3．5，溫度為1400℃，保溫時間為2h的條件下可以合成O'-Sialon，但是很難得到單相的O'-Sialon。適當(dāng)?shù)脑黾犹己坑欣贠'-Sialon的合成，延長保溫時間也可以促進(jìn)其還原氮化的進(jìn)行。O'-Sialon晶種

5、的加入可以促進(jìn)還原氮化反應(yīng)的進(jìn)行，但是效果微弱。 SiC超細(xì)粉的合成研究表明：(1)過量的碳有利于SiC的合成。SiC的晶形隨著溫度的升高而逐漸完善，其最佳合成溫度為1300℃。適當(dāng)延長保溫時間有利于SiC的合成。晶種對SiC超細(xì)粉的微波還原合成沒有顯著的影響。(2)FE-SEM分析結(jié)果表明，所合成的SiC超細(xì)粉呈顆粒狀，粒度在60nm左右；粒度分析儀和比表面分析結(jié)果表明，合成的超細(xì)粉發(fā)生團(tuán)聚，其二次粒度在200nm左右。(3)

6、所合成的SiC超細(xì)粉其吸附性優(yōu)良。β-Sialon超細(xì)粉的抗氧化性研究表明：氧化反應(yīng)的活化能隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷變化，氧化反應(yīng)前后期的機(jī)理不同。反應(yīng)初期為三維擴(kuò)散機(jī)理，其機(jī)理函數(shù)為反Jander方程，活化能E=240.5kJ/mol；指前因子A=5.7×10<'3>/S。反應(yīng)后期為隨機(jī)成核和隨后生長的機(jī)理，其機(jī)理函數(shù)為Avrami-Erofeev方程，F(xiàn)(α)=[-In(1-α)]<'3>，反應(yīng)級數(shù)n=3，活化能E=410.7kJ/mol

7、，指前因子A=3.5×10<11>/s。 超細(xì)粉的介電性能研究表明：β-Sialon、SiC超細(xì)粉的復(fù)介電常數(shù)基本不隨頻率的變化而改變。溶膠-凝膠、微波碳熱還原氮化合成的β-Sialon超細(xì)粉其復(fù)介電常數(shù)略大于常規(guī)氮化合成的β-Sialon粉。合成的β-Sialon超細(xì)粉的損耗角正切接近0，基本不吸收微波。SiC超細(xì)粉的復(fù)介電常數(shù)，其實部在14左右，虛部在1.2左右，損耗角正切在0.09左右。在六種等效復(fù)介電常數(shù)的計算公式中，L