多孔氮化硅陶瓷材料

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1、多孔氮化硅陶瓷材料摘要：本综述主要总结了多孔氮化硅材料的发展历史和合成方法，通过对每种合成方法所对应的优点和缺点进行总结，并且对各种方法进行相互比较，最后再对多孔氮化硅材料的发展前景进行展望。关键词：多孔氮化硅陶瓷制备方法1引言氮化硅材料作为一种具有特殊性能的无机合成材料，本身具有耐磨性和润滑性，是一种高温结构陶瓷材料，具有广阔发展前景。它具有强度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、抗氧化、耐腐蚀性能好等高性能【1】，已被广泛应用于各行各业。氮化硅材料包括多孔陶瓷材料，它是经高温烧制而成,体内具有相通或闭合气

2、孔的陶瓷材料，高孔隙率的多孔氮化硅陶瓷通常可以用作高温下的过滤器、催化剂载体等。低气孔率的多孔氮化硅陶瓷,在维持高强度的同时,由于气孔的存在造成弹性模量降低,从而与金属的弹性模量相匹配,降低了彼此间的热应力【2】,因此可以用于高温构件。随着科学的不断发展，国内外都在开始着眼于多孔氮化硅材料的研究。例如，在日本的科学研究领域中，Kawai等【3】首先采用高纯α-Si3N4粉为原料,研究了材料的相组成、组织结构与力学性能之间的关系,成功的制备了具有柱状晶的三维网络孔隙结构的高强度多孔氮化硅陶瓷。随着我国的技术进步，科学家们也开始对

3、氮化硅材料的不断研究，获得了许多新兴的制备方法，促进了无机材料科学技术的不断发展，有利于对发达国家先进科学技术的追赶，本文便是对在此追赶过程中的文章进行分析总结，得到一篇关于多孔氮化硅陶瓷材料制备方法的简单综述。2多孔氮化硅材料的制备方法2.1仿生法制备多孔氮化硅陶瓷材料仿生法是一种以仿生学为基础的研究方法，主要是在生物科学和计数科学之间发展起来，模仿生物系统来建造技术系统的一门新型科学。而本篇综述里的仿生法主要是指以松木碳化形成的多孔木炭为模板，经Y2O3/SiO2混合溶胶浸渍生物碳模板形成Y2O3/SiO2复合体，在高压氮

4、气条件下（0.6MPa），1600摄氏度碳热还原氮化制备出生物形态多孔氮化硅陶瓷的方法。对该方法制备出的产品进行表征可以得到实验结果，例如通过XRD分析【4】高的烧结温度，静止氮气氛有利于生成多孔氮化硅陶瓷，通过控制烧结温度、烧结气氛，添加烧结助剂可以实现Si3N4和Si3N4/SiC多孔材料的制备。经过仿生法生成的氮化产物的显微形貌和晶相组成受烧结温度、烧结助剂、反应时间、烧结气氛等因素的影响，随着反应时间的增加,β-Si3N4的长径比逐渐增大,然后逐渐生成我们所需要多孔氮化硅材料。虽然运用仿生法制备多孔氮化硅材料的实验过程

5、简单，步骤机理易懂，但是此方法也有其不可避免的缺点，实验条件不易控制，所需外界条件困难，设备要求高，成本高。这是一种工业生产很少运用的一种氮化硅制备方法，但是通过对此实验结果的表征测试可以认识到仿生法的最佳生产条件。2.2添加造孔剂法制备多孔氮化硅陶瓷材料梁小英【5】等人采用造孔剂法制备多孔氮化硅陶瓷，成型后的坯体在1760℃下保温0.5小时，制备出了气孔率＞70%、平均抗弯强度＞8MPa的多孔氮化硅陶瓷，综合性能良好。该种工艺方法是通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体而成

6、气孔来制备多孔陶瓷，因此要制备好的多孔氮化硅陶瓷材料，就必须要选择好造孔剂的种类、粒径和用量。本制备方法的关键因素在于造孔剂，选择好的造孔剂可以得到规整的多孔氮化硅陶瓷材料，对造孔剂的基本要求是：在加热过程中易于排除；排除后在基体中无有害残留物；不与基体反应；对环境无害。从要求的内容来看，此方法十分注重副产物是否对环境产生影响，这是绿色化学的基本原则。常用的无机造孔剂有碳酸铵、碳酸钙、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解盐类以及各类碳粉，有机造孔剂主要是一些天然纤维、高分子聚合物和有机酸等。这类造孔剂的特点是在基体陶瓷烧结温度下不排出

7、，待基体烧结后，用水、酸或碱溶液浸出造孔剂而成为多孔陶瓷【6】。这种方法对环境不会造成危害，实验原理简单，但是也有一定的缺点，反应条件要求高（1760℃），对造孔剂要求高，还需要进行差动保护（差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护，其运行情况直接关系到变压器的安危）。本方法所得到的多孔氮化硅陶瓷材料气孔率高，性能好，能够达到市场上所销售的多孔氮化硅材料的要求，是一种很有发展前景的制备方法。2.3碳热还原法制备多孔氮化硅陶瓷材料鲁元等人【7】以廉价的二氧化硅、炭黑和硅粉为起始原料,利

8、用碳热还原法制备了高气孔率、孔结构均匀的多孔氮化硅陶瓷,并考察了原料中硅粉含量对多孔氮化硅陶瓷微观组织和力学性能的影响。在一般的实验中,我们经常考察烧结工艺对多孔氮化硅陶瓷微观结构及力学性能的影响，而此次实验中我们采用以二氧化硅,活性碳,少量的烧结助剂和晶种为原料来生产多孔氮