TiO-,2-(TiN)復(fù)合O′-Sialon基復(fù)相陶瓷的制備及功能性質(zhì)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)—功能性質(zhì)一體化復(fù)相陶瓷將成為先進(jìn)陶瓷發(fā)展的主流.該文圍繞Sialon陶瓷功能化這一主題,利用材料物理化學(xué)原理和現(xiàn)代測(cè)試方法,通過(guò)向O′-Sialon基體中引入重要的無(wú)機(jī)功能材料TiO<,2>,進(jìn)行結(jié)構(gòu)—功能一體化的TiO<,2>/O′-Sialon基復(fù)相陶瓷制備及其功能性質(zhì)研究的探索和嘗試.在采用碳熱還原氮化法合成出O′-Sialon粉和(O′+β′)-Sialon粉的基礎(chǔ)上,常壓燒結(jié)制備出了TiO<,2>/(O′+β′)-Sia

2、lon復(fù)相陶瓷并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究.利用選擇性氧化的方法由TiN/O′-Sialon制得了原位TiO<,2>0/O′-Sialon復(fù)相陶瓷.同時(shí),對(duì)另一成功的結(jié)構(gòu)—功能一體化的復(fù)相陶瓷——原位TiN/O′-Sialon納米復(fù)相陶瓷的導(dǎo)電性進(jìn)行了深入研究.首先以納米SiO<,2>、碳黑、Al(OH)<,3>為原料,采用碳熱還原氮化法合成O′-Sialon粉.分析了Si-C-N-O系的相平衡關(guān)系,繪制了1400℃時(shí)Si<,3>N<,4

3、>/Si<,2>N<,2>O/SiC/SiO<,2>系優(yōu)勢(shì)區(qū)域圖.采用XRD、TEM、EDX、化學(xué)分析等測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)研究了合成溫度、保溫時(shí)間、配料組成、添加劑含量、N<,2>流量、埋粉條件等因素對(duì)合成過(guò)程的影響.結(jié)果表明,提高合成溫度、延長(zhǎng)恒溫時(shí)間和增大N<,2>流量有利于O′-Sialon的生成,但超過(guò)最佳值都將導(dǎo)致β′-Sialon的出現(xiàn).系統(tǒng)研究了原位TiN/O′-Sialon納米復(fù)相陶瓷的常溫、低溫和高溫導(dǎo)電機(jī)理.常溫下材料電阻

4、率隨TiN體積分?jǐn)?shù)的變化表現(xiàn)為滲流現(xiàn)象,可分為三個(gè)階段,分別對(duì)應(yīng)分散分布(隧道導(dǎo)電)、過(guò)渡狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)分布(粒子導(dǎo)電).采用Boltzmann力程和線性方程對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分段回歸,由回歸曲線確定TiN的臨界體積分?jǐn)?shù)為8.9％左右,如此低的V<,c>值的主要原因是材料中O′-Sialon基相與TiN的相對(duì)顆粒尺寸比值較大,構(gòu)成了隔離分布.此時(shí)材料的電阻率己達(dá)0.0718Ω·cm,已滿足放電加工的需要.隨燒結(jié)溫度的升高,材料的電阻率均有降低

5、,TiO<,2>加入量即TiN含量處于臨界值附近(20％TiO<,2>)的材料降低幅度最大.通過(guò)熱力學(xué)和熱分析探討了利用原位TiN/O′-Sialon發(fā)生選擇性氧化制備原位TiO<,2>/O′-Sialon復(fù)相陶瓷的可行性,并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.研究了選擇性氧化過(guò)程動(dòng)力學(xué)及氧分壓對(duì)氧化過(guò)程的影響.結(jié)果表明,TiN/O′-Sialon材料在低溫范圍(800~1000℃)可發(fā)生選擇性氧化,其中的TiN發(fā)生氧化轉(zhuǎn)變成TiO<,2>,O′-Sial