多孔氮化硅陶瓷的制備及其性能的研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展和城市化進程的加快，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度低、耐酸堿性差、高溫膨脹系數(shù)大等缺點，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、耐熱沖擊性和高強度等優(yōu)點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，所以如何制備高強度和高氣孔率的多孔氮化硅陶瓷成為本課題的研究重點。本課題以α-Si3N4為主要原

2、料，以淀粉、稻殼、木屑為造孔劑，以MgO、Y2O3、Al2O3、ZrO2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度、顯氣孔率、物相組成和微觀結(jié)構(gòu)等性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴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。實驗結(jié)果表明，隨著造孔劑摻量的增加，氮

3、化硅陶瓷的抗折強度呈減少的趨勢、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（Y2O3:A12O3=6:2）時，可制備出抗折強度為53.2 MPa，顯氣孔率為43.6%的多孔氮化硅陶瓷制品。⑵以MgO、Y2O3、Al2O3、ZrO2為燒結(jié)助劑，淀粉為造孔劑，分析了MgO、Y2O3、Y2O3-Al2O3、MgO-Al2O3的燒結(jié)機理，研究了燒結(jié)助劑的種類和摻量對多

4、孔氮化硅陶瓷抗折強度、顯氣孔率、物相組成和微觀結(jié)構(gòu)等性能的影響。實驗結(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ZrO2有利于增加多孔氮化硅陶瓷的抗折強度；以6%Y2O3、3%Al2O3、3%ZrO2為燒結(jié)助劑，淀粉為造孔劑，可制備出抗折強度為68.7 MPa，顯氣孔率為43.7%的多孔陶瓷制品。⑶利用SPS燒結(jié)技術(shù)制備了

5、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性能。實驗結(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%（Y2O3:A12O3=6:2），淀粉摻入量為30%，在1500℃