Si3N4納米材料及Bn-Si3N4納米復(fù)合材料的制備和表征.pdf

1、氮化硅(Si3N4)是陶瓷家族中一種具有優(yōu)良綜合性能的結(jié)構(gòu)陶瓷，如高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、耐腐蝕和抗氧化等性能，但是脆性低卻限制了其廣泛應(yīng)用。近年，隨著納米技術(shù)的興起和發(fā)展，納米材料增韌Si3N4陶瓷成為研究的熱點(diǎn)。Si3N4納米材料，因其出色的性能且密度低而具有廣泛的應(yīng)用前景。氮化硼納米管(BNNTs)具有與碳納米管(CNTs)相似的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，同時(shí)具備比CNTs更優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性。碳納米材料（如CNT

2、s、石墨烯和碳纖維等）被廣泛地用作陶瓷材料的增韌增強(qiáng)相，然而將BN納米材料作為增強(qiáng)相制備納米復(fù)合材料卻鮮有報(bào)道。本文用不同的方法成功制備了產(chǎn)量大、純度高的一維Si3N4納米材料和BN-Si3N4納米復(fù)合粉末，采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)對(duì)產(chǎn)物的物相和微觀形貌進(jìn)行表征。此外，本文還采用兩步燒結(jié)法制各了BN/Si3N4復(fù)合材料，并測(cè)試了其力學(xué)性能。
　　(1)在

3、本課題組研究的基礎(chǔ)上，采用固相反應(yīng)法，在Si3N4顆粒表面制得均勻分散的BN納米片(BNNSs)和BNNTs，從而制備出分散性良好的BN-Si3N4納米復(fù)合粉體，這是制備高性能的BN/Si3N4復(fù)合材料的優(yōu)質(zhì)原料。BNNSs的厚度約為2-7 nm。BNNTs的直徑大小在10-100 nm范圍之內(nèi)。討論了無(wú)定型硼粉的體積比和催化劑用量對(duì)復(fù)合粉末制備的影響，并對(duì)BNNSs和BNNTs的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　(2)采用α-Si3N4

4、為原料，HfO2作為氧化輔助物，在1700℃下合成了產(chǎn)量大、純度高的Si3N4納米帶。合成的Si3N4納米帶厚約50 nm，長(zhǎng)達(dá)數(shù)百微米，且結(jié)晶好。納米帶沿α-Si3N4的[201]方向生長(zhǎng)，遵循氣-固(VS)機(jī)制生長(zhǎng)機(jī)理。Si3N4納米帶在360-496nm范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的光致發(fā)光峰，表明所合成的Si3N4納米帶在光電納米器件中具有潛在的應(yīng)用前景。
　　(3)在SiO2-C-N2-H2-Fe2O3體系下通過(guò)碳熱還原法合成了高產(chǎn)量

5、、直徑為0.5-1.2μm，長(zhǎng)達(dá)100μm的Si3N4晶須和平均直徑為100nm的Si3N4納米線。反應(yīng)溫度、原料配比和反應(yīng)時(shí)間對(duì)Si3N4晶須的產(chǎn)量、形貌和物相組成有較大影響，Si3N4晶須的生長(zhǎng)為氣-液-固(VLS)及固-液-固(SLS)模型。
　　(4)以課題組自制的BN微納結(jié)構(gòu)（納米片組裝微米線）為添加相，通過(guò)兩步法燒結(jié)制備了BN/Si3N4復(fù)合材料。與相同條件下制備的純氮化硅材料相比，BN微納結(jié)構(gòu)的添加量為5.0 wt.