1003101303-吴迪-制备氮化硅陶瓷的矿物资源粉体加工合成及陶瓷制备的研究

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1、中国地质大学（北京）课程名称：技术陶瓷导论班号：10031013学号：1003101303姓名：吴迪成绩：制备氮化硅陶瓷的矿物资源粉体加工合成及陶瓷制备的研究材料科学与工程1003101303吴迪杨静摘要：本文介绍了制备合成高强度多孔氮化硅陶瓷过程中相关问题：石英砂的矿物资源特征及一种微波处理方法，氮化硅粉体的一种合成方法——微波合成及球磨细化，以及氮化硅高强度多孔陶瓷的维和合成方法并讨论不同微波条件对合成氮化硅陶瓷物相的影响。并简述了相关研究进展。1.1引言氮化硅陶瓷是近20多年来迅速发展起来的新型工程结构陶瓷，被认为是最具有发展潜力与应用市场的一种

2、新型工程材料。因其优良特性人们常常利用它来制造燃气发动机的耐高温部件、化学工业中耐腐蚀部件、半导体工业中的坩埚、以及高温陶瓷轴承、高速切削工具、雷达天线罩、核反应堆的支撑、隔离件和裂变物质的载体等。本文中介绍了氮化硅陶瓷生产过程中的一些列问题，如原料资源加工特性方法，原料粉体制备加工，及氮化硅陶瓷的制备合成。1．2石英砂的矿物资源特征及微波处理石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒。石英石（quartzrock）亦称硅石，是一种质地坚硬、耐磨、化学性质稳定的硅酸盐类矿物。在自然界中以石英砂岩、石英岩和脉石英存在。石英砂岩是固结的碎屑岩石，石英碎屑含量达

3、95%以上，来源于各种岩浆岩，沉积岩和变质岩，重质矿物较少，伴生矿物为长石、云母和黏土矿物。石英砂中矿物含量变化较大，以石英为主，其次为长石、云母、岩屑、重矿物、黏土矿物等。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2，石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，油脂光泽，密度为2.65，堆积密度（1-20目为1.6），20-200目为1.5，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750℃。石英有较高的耐火性能，工业上将石英砂常分为：普通石英砂，精制石英砂，高纯

4、石英砂，熔融石英砂及硅微粉等。其主要用途如下：冶金，墨碳化硅，玻璃及玻璃制品，搪瓷，铸钢，水过滤，泡花碱，化工，喷吵等行业。制造玻璃，耐火材料，冶炼硅铁，冶金熔剂，陶瓷，研磨材料，铸造造型石英砂等方面，在建筑中利用其有很强的抗酸性介质浸蚀能力，制取耐酸混凝土及耐酸砂浆。制造玻璃，耐火材料，冶炼硅铁，冶金熔剂，陶瓷，研磨材料，铸造造型石英砂等方面，在建筑中利用其有很强的抗酸性介质浸蚀能力，制取耐酸混凝土及耐酸砂浆。从全国范围来讲，石英矿的比较广泛。优质矿源主要分布在内蒙古自治区集宁，安徽省的凤阳，湖北省的黄冈，河北灵寿县，另外在广东及江西也有少量分布。对

5、某地脉石英岩矿物，经破碎、磨矿、筛分并用强磁选机选别后获得石英砂样品。利用微波对石英砂进行预处理，采用阴/阳离子捕收剂进行反浮选，可提高石英砂中含铝矿物的去除率，制备出品位为99.87%、Al含量低至8mg/kg的石英精砂。本实验以石英砂原矿为原料，利用微波处理后进得出以下结论：1.在一定时间内，采用微波对石英砂原矿进行预处理，能有效提升云母和石英的表面ζ电位，降低长石的表面ζ电位，扩大石英与云母、长石的表面ζ电位差，促进阴/阳离子捕收剂在白云母与长石表面吸附，从而提高石英的浮选分离效率。2.在微波频率为2450MHz条件下，浮选前对石英砂进行微波预处

6、理的最佳方案为：控制微波功率为800W，处理时间为20s。经过微波预处理后再浮选石英砂，可获得品位达99.87%、Al含量低至8mg/kg的优质石英精矿。以下图1，图2，图3分别为特定条件下微波处理时间与石英砂表面ζ电位的关系、微波处理功率与石英砂表面ζ电位的关系及微波处理时间与浮选石英精矿中Al含量的关系任课教师：杨静日期：2013年5月19日中国地质大学（北京）课程名称：技术陶瓷导论班号：10031013学号：1003101303姓名：吴迪成绩：图1.微波处理时间与石英砂表面ζ电位的关系图2.微波处理功率与石英砂表面ζ电位的关系图3.微波处理时间与

7、浮选石英精矿中Al含量的关系1.3氮化硅粉体的微波合成及球磨细化先进陶瓷材料在各行业中正日益显示出其广阔的应用前景。氮化硅（Si3N4）由于强度高、韧性好、耐腐蚀、耐磨损，密度小等优点，在新型结构陶瓷中占有重要地位。材料科学工作者不断地进行相关研究，因此其研究应用领域不断扩展，从原来的结构陶瓷领域，扩展到新近的光敏、生物等功能材料，并已进入氮化硅材料γ相的研究。作为先进陶瓷的氮化硅原始粉料，商业需求不断增加。Si3N4材料的工业化应用需要性能稳定，品质优越的粉体原料。而研制低成本高质量的氮化硅粉料仍然是当今研究者追求不懈的目标。1.4氮化硅粉体微波合成

8、任课教师：杨静日期：2013年5月19日中国地质大学（北京）课程名称：技术陶瓷导论班号：100