原位制备多孔生物质碳化硅/碳复合材料的研究

发布时间：2021-02-17 18:14

　　碳化硅多孔陶瓷因其具备高硬度、高强度和热稳定性好等优点,被广泛应用于航空航天、生物医疗和环境等领域。利用碳化硅的优异性能附加生物质碳的独特结构,以期制备出新的结构功能一体化材料。本文采用生物质碳为模板,即以松木为碳模板,过渡金属化合物（Fe（NO₃）₃·9H₂O、Co（NO3）2·6H₂O、Ni（NO₃）₂·6H₂O）为催化剂前驱体,通过低温催化反应制备生物质多孔材料。研究了反应温度、保温时间、硅粉粒度、催化剂种类及含量对产物的物相组成和显微结构的影响,揭示了产物孔结构、抗氧化性能与多因数制备的耦合关系,并探明了原位生成碳化硅的可控生长机理。得出以下结论:（1）以松木和不同粒度的硅粉为原料,1250℃反应温度下在碳模板表面原位生成了SiC晶须,并且所制备的晶须长度约为1²μm。减小硅粉粒度和提高反应温度有利于SiC的生长。（2）对比不添加催化剂试样,少量的催化剂可促进硅粉在较低温度下反应。当加入4 wt%Fe（N... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 多孔陶瓷发展背景
    1.2 碳化硅多孔陶瓷
        1.2.1 碳化硅多孔陶瓷特点
        1.2.2 碳化硅多孔陶瓷制备工艺
        1.2.3 碳化硅多孔陶瓷的应用
    1.3 生物质材料发展趋势
    1.4 生物质模板的制备
        1.4.1 高温直接碳化法
        1.4.2 水热碳化法
        1.4.3 活化碳化法
    1.5 生物质材料的应用
    1.6 论文研究内容和意义
第2章 实验
    2.1 实验原料
    2.2 性能表征及仪器
        2.2.1 热处理设备
        2.2.2 X射线衍射仪
        2.2.3 扫描电子显微镜
        2.2.4 透射电子显微镜
        2.2.5 综合热分析仪
        2.2.6 工业CT仪
        2.2.7 X射线光电子能谱仪
        2.2.8 压汞仪
第3章 模板法制备生物质SiC/C多孔材料
    3.1 引言
    3.2 实验方案
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 反应温度对制备SiC/C复合材料的影响
        3.3.2 硅粉粒度对制备SiC/C复合材料的影响
        3.3.3 SiC/C复合材料的孔径分布分析
        3.3.4 合成SiC/C复合材料机理分析
    3.4 本章小结
第4章 硝酸铁催化制备生物质SiC/C多孔材料
    4.1 引言
    4.2 实验方案
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 保温时间对产物物相组成和显微结构的影响
        4.3.2 温度对产物物相组成和显微结构的影响
        4.3.3 催化剂含量对产物物相组成和显微结构的影响
        4.3.4 硅粉粒度对产物物相组成和显微结构的影响
        4.3.5 产物的孔径分布分析
        4.3.6 产物的抗氧化性能
        4.3.7 合成产物机理分析
    4.4 本章小结
第5章 硝酸钴催化制备生物质SiC/C多孔材料
    5.1 引言
    5.2 实验
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 热处理温度对SiC/C复合材料物相组成和显微结构的影响
        5.3.2 催化剂加入量对SiC/C复合材料物相组成和显微结构的影响
        5.3.3 硅粉粒度对SiC/C复合材料物相组成和显微结构的影响
        5.3.4 SiC/C复合材料的孔径分布分析
        5.3.5 合成产物机理分析
    5.4 本章小结
第6章 硝酸镍催化制备生物质SiC/C多孔材料
    6.1 引言
    6.2 实验
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 烧成温度对制备SiC的影响
3）₂·6H₂O含量对制备Si C的影响">        6.3.2 Ni（NO₃）₂·6H₂O含量对制备Si C的影响
        6.3.3 硅粉粒度对制备SiC的影响
        6.3.4 产物的孔径分布分析
        6.3.5 合成产物机理分析
    6.4 本章小结
第7章 总结论
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]催化剂、温度和保护气体对微硅粉合成碳化硅晶须的影响[J]. 李青翠,陆俊宇,张鹏.  人工晶体学报. 2019(07)
[2]陶瓷废料制备轻质保温泡沫陶瓷的研究[J]. 赵威,王竹,戴永刚,南宁.  硅酸盐通报. 2019(07)
[3]木质仿生智能响应材料的研究进展[J]. 李坚,李莹莹.  森林与环境学报. 2019(04)
[4]碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展[J]. 马晓康,殷小玮,范晓孟,成来飞,张立同.  航空材料学报. 2018(05)
[5]碳化硅陶瓷性能及研究进展[J]. 肖星火.  当代化工研究. 2017(10)
[6]水热法制备Ni-Sm/SiC催化剂甲烷二氧化碳重整性能的研究（英文）[J]. 王冰,靳国强,王英勇,郭向云.  燃料化学学报. 2016(12)
[7]碳化硅多孔陶瓷的制备工艺比较[J]. 张集发,程小苏,曾令可,罗民华.  中国陶瓷工业. 2013(06)
[8]高比表面碳化硅制备及其作为催化剂载体的应用[J]. 郭向云,靳国强,王英勇.  物理化学学报. 2010(04)
[9]碳化硅为载体的氨合成催化剂的制备及性能研究[J]. 郑勇,郑瑛,于伟鹏,王榕,魏可镁.  无机化学学报. 2008(06)
[10]具有高梁微观结构多孔SiC的制备与表征[J]. 王庆,王冬华,靳国强,郭向云.  无机材料学报. 2008(03)



本文编号：3038353