基于燃燒合成法利用煤矸石制取β-Sialon的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、將煤礦生產(chǎn)中廢棄的煤矸石進(jìn)行綜合利用，制備出高性能復(fù)相材料，符合低碳環(huán)保的循環(huán)發(fā)展理念，能夠有效促進(jìn)煤炭企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。本論文以煤炭生產(chǎn)企業(yè)廢棄煤矸石為主要原材料，利用西山礦區(qū)西銘礦2號煤層煤矸石粉制取出β-Sialon材料。Sialon是一類在各種條件下展現(xiàn)出良好性能的材料，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，抗腐蝕性，低密度，這種材料不僅能廣泛被應(yīng)用于車輛、宇航工業(yè)材料，還能作為剛玉、SiC等一些耐火材料的補(bǔ)充添加劑。本研究中所使用的燃燒合成技術(shù)

2、(combustion synthesis)是高效合成Sialon粉體的最新技術(shù)手段之一。相對于傳統(tǒng)的Sialon粉體制備方法-碳熱還原法來說，燃燒合成法具備節(jié)能環(huán)保、反應(yīng)迅速、成本低、操作便捷、產(chǎn)物粉體不易燒結(jié)等優(yōu)勢。
　　本文首先使用高溫煅燒的手段除去揮發(fā)分等與制取Sialon無關(guān)的雜質(zhì)；對反應(yīng)釜體系燃燒合成β-Sialon相關(guān)理論進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程/條件對相關(guān)熱力學(xué)進(jìn)行分析，依據(jù)△G等參數(shù)計算得出β-Sialon完全合

3、成溫度—2918K(2645℃)；設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)體系—氮?dú)鈮毫τ绊憽⒐璺蹖Ζ?Sialon燃燒合成的影響、鋁粉對β-Sialon燃燒合成的影響、Si3N4對β-Sialon燃燒合成的影響、AlN粉對β-Sialon燃燒合成的影響、優(yōu)化配比參數(shù)燃燒合成β-Sialon；對反應(yīng)體系中不同的合成產(chǎn)物進(jìn)行XRD組分化驗(yàn)，通過光學(xué)顯微鏡、SEM手段，深入分析了各個反應(yīng)體系中較優(yōu)方案的微觀結(jié)構(gòu)，隨著實(shí)驗(yàn)反應(yīng)工藝的不斷改善，生成產(chǎn)物β-Sialon的

4、六棱柱狀晶型逐漸顯著，利用煤矸石作為反應(yīng)原材料，基于燃燒合成制取的產(chǎn)物晶粒已經(jīng)發(fā)育完全。論文還利用SEM等手段，分析了β-Sialon材料的生長機(jī)理，建立了生長過程的VLS物理模型。
　　本文利用燃燒合成反應(yīng)釜系統(tǒng)，在使用煤矸石粉料作為主體原料的前提下，以鋁粉作為強(qiáng)還原劑，適量添加Si3N4、AlN等輔助劑，圍繞反應(yīng)體系的材料組分—反應(yīng)工藝—物相分析—顯微結(jié)構(gòu)，在各方案中不斷試驗(yàn)、改進(jìn)，摸索出了比較理想的燃燒合成生產(chǎn)Sialon的