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1、多孔氮化硅陶瓷材料摘要：本綜述主要總結(jié)了多孔氮化硅材料的發(fā)展歷史和合成方法，通過對每種合成方法所對應(yīng)的優(yōu)點和缺點進(jìn)行總結(jié)，并且對各種方法進(jìn)行相互比較，最后再對多孔氮化硅材料的發(fā)展前景進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：多孔氮化硅陶瓷制備方法1引言氮化硅材料作為一種具有特殊性能的無機(jī)合成材料，本身具有耐磨性和潤滑性，是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有廣闊發(fā)展前景。它具有強度高、抗熱震穩(wěn)定性好、疲勞韌性高、室溫抗彎強度高、耐磨、抗氧化、耐腐蝕性能好等高性能【1】，已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。氮化硅材料包括多孔陶瓷材料，它是經(jīng)高溫?zé)贫?體內(nèi)具有相通或閉合氣
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溫下的過濾器、催化劑載體等。低氣孔率的多孔氮化硅陶瓷,在維持高強度的同時,由于氣孔的存在造成彈性模量降低,從而與金屬的彈性模量相匹配,降低了彼此間的熱應(yīng)力【2】,因此可以用于高溫構(gòu)件。隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外都在開始著眼于多孔氮化硅材料的研究。例如，在日本的科學(xué)研究領(lǐng)域中，Kawai等【3】首先采用高純α-Si3N4粉為原料,研究了材料的相組成、組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系,成功的制備了具有柱狀晶的三維網(wǎng)絡(luò)孔隙結(jié)構(gòu)的高強度多孔氮化硅陶瓷。隨著我國的技術(shù)進(jìn)步，科學(xué)家們也開始對
3、氮化硅材料的不斷研究，獲得了許多新興的制備方法，促進(jìn)了無機(jī)材料科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，有利于對發(fā)達(dá)國家先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的追趕，本文便是對在此追趕過程中的文章進(jìn)行分析總結(jié)，得到一篇關(guān)于多孔氮化硅陶瓷材料制備方法的簡單綜述。2多孔氮化硅材料的制備方法2.1仿生法制備多孔氮化硅陶瓷材料仿生法是一種以仿生學(xué)為基礎(chǔ)的研究方法，主要是在生物科學(xué)和計數(shù)科學(xué)之間發(fā)展起來，模仿生物系統(tǒng)來建造技術(shù)系統(tǒng)的一門新型科學(xué)。而本篇綜述里的仿生法主要是指以松木碳化形成的多孔木炭為模板，經(jīng)Y2O3/SiO2混合溶膠浸漬生物碳模板形成Y2O3/SiO2復(fù)合體，在高壓氮
4、氣條件下（0.6MPa），1600攝氏度碳熱還原氮化制備出生物形態(tài)多孔氮化硅陶瓷的方法。對該方法制備出的產(chǎn)品進(jìn)行表征可以得到實驗結(jié)果，例如通過XRD分析【4】高的燒結(jié)溫度，靜止氮氣氛有利于生成多孔氮化硅陶瓷，通過控制燒結(jié)溫度、燒結(jié)氣氛，添加燒結(jié)助劑可以實現(xiàn)Si3N4和Si3N4/SiC多孔材料的制備。經(jīng)過仿生法生成的氮化產(chǎn)物的顯微形貌和晶相組成受燒結(jié)溫度、燒結(jié)助劑、反應(yīng)時間、燒結(jié)氣氛等因素的影響，隨著反應(yīng)時間的增加,β-Si3N4的長徑比逐漸增大,然后逐漸生成我們所需要多孔氮化硅材料。雖然運用仿生法制備多孔氮化硅材料的實驗過程
5、簡單，步驟機(jī)理易懂，但是此方法也有其不可避免的缺點，實驗條件不易控制，所需外界條件困難，設(shè)備要求高，成本高。這是一種工業(yè)生產(chǎn)很少運用的一種氮化硅制備方法，但是通過對此實驗結(jié)果的表征測試可以認(rèn)識到仿生法的最佳生產(chǎn)條件。2.2添加造孔劑法制備多孔氮化硅陶瓷材料梁小英【5】等人采用造孔劑法制備多孔氮化硅陶瓷，成型后的坯體在1760℃下保溫0.5小時，制備出了氣孔率＞70%、平均抗彎強度＞8MPa的多孔氮化硅陶瓷，綜合性能良好。該種工藝方法是通過在陶瓷配料中添加造孔劑，利用造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間，然后經(jīng)過燒結(jié)，造孔劑離開基體而成
6、氣孔來制備多孔陶瓷，因此要制備好的多孔氮化硅陶瓷材料，就必須要選擇好造孔劑的種類、粒徑和用量。本制備方法的關(guān)鍵因素在于造孔劑，選擇好的造孔劑可以得到規(guī)整的多孔氮化硅陶瓷材料，對造孔劑的基本要求是：在加熱過程中易于排除；排除后在基體中無有害殘留物；不與基體反應(yīng)；對環(huán)境無害。從要求的內(nèi)容來看，此方法十分注重副產(chǎn)物是否對環(huán)境產(chǎn)生影響，這是綠色化學(xué)的基本原則。常用的無機(jī)造孔劑有碳酸銨、碳酸鈣、碳酸氫銨、氯化銨等高溫可分解鹽類以及各類碳粉，有機(jī)造孔劑主要是一些天然纖維、高分子聚合物和有機(jī)酸等。這類造孔劑的特點是在基體陶瓷燒結(jié)溫度下不排出
7、，待基體燒結(jié)后，用水、酸或堿溶液浸出造孔劑而成為多孔陶瓷【6】。這種方法對環(huán)境不會造成危害，實驗原理簡單，但是也有一定的缺點，反應(yīng)條件要求高（1760℃），對造孔劑要求高，還需要進(jìn)行差動保護(hù)（差動保護(hù)原理簡單、使用電氣量單純、保護(hù)范圍明確、動作不需延時，一直用于變壓器做主保護(hù)，其運行情況直接關(guān)系到變壓器的安危）。本方法所得到的多孔氮化硅陶瓷材料氣孔率高，性能好，能夠達(dá)到市場上所銷售的多孔氮化硅材料的要求，是一種很有發(fā)展前景的制備方法。2.3碳熱還原法制備多孔氮化硅陶瓷材料魯元等人【7】以廉價的二氧化硅、炭黑和硅粉為起始原料,利
8、用碳熱還原法制備了高氣孔率、孔結(jié)構(gòu)均勻的多孔氮化硅陶瓷,并考察了原料中硅粉含量對多孔氮化硅陶瓷微觀組織和力學(xué)性能的影響。在一般的實驗中,我們經(jīng)?？疾鞜Y(jié)工藝對多孔氮化硅陶瓷微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響，而此次實驗中我們采用以二氧化硅,活性碳,少量的燒結(jié)助劑和晶種為原料來生產(chǎn)多孔氮
