发泡-注凝/催化氮化制备Si 3 N 4 -SiC（BN）多孔陶瓷研究
发布时间：2021-10-09 23:20
多孔陶瓷自身特殊的孔道结构使其被广泛用作高温隔热材料、气/液过滤、净化分离及催化剂载体材料等。本文先以高纯Si粉为原料,通过发泡-注凝法及熔盐辅助发泡-注凝法合成了α-Si3N4陶瓷粉体,研究了熔盐种类和用量及氮化条件对所合成粉体的影响,并根据密度泛函理论（DFT）计算研究了Si3N4的形成过程。其次,采用发泡-注凝催化氮化及发泡-注凝原位催化氮化法分别制备了Si3N4、Si3N4/SiC及Si3N4/BN多孔陶瓷,研究了催化方式、催化剂种类及用量和反应温度等因素对所制备多孔陶瓷常规物理性能的影响,并研究了所制备Si3N4/BN多孔陶瓷的药物污水吸附性能;依据DFT计算结果,探讨了杂质Fe对低温催化氮化生成Si3N4的作用机理。最后,以三聚氰胺和硼酸为原料,通过发泡-注凝及直接注凝法...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：182 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 文献综述
1.1 前言
1.2 α-Si_3N_4粉体研究进展
1.3 SiC多孔陶瓷研究进展
1.3.1 自结合SiC多孔陶瓷
1.3.2 Si_3N_4 结合Si C多孔陶瓷
1.3.3 Si OC结合Si C多孔陶瓷
1.4 Si_3N_4多孔陶瓷研究进展
1.5 BN多孔陶瓷研究
1.6 多孔陶瓷在污水处理中的应用
1.7 密度泛函理论(DFT)在材料研究中的应用
1.8 本论文的研究内容及意义
第2章 实验
2.1 实验原料及设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 主要实验设备
2.2 实验过程
2.2.1 发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
2.2.2 发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
2.2.3 常规加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/SiC多孔陶瓷
2.2.4 微波加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4及Si_3N_4/Si C多孔陶瓷
2.2.5 发泡-注凝催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷
2.2.6 发泡-注凝法及直接注凝法制备BN多孔陶瓷
2.3 检测与表征
2.3.1 物相检测
2.3.2 粉体表面性质检测
2.3.3 样品元素检测
2.3.4 显微结构表征
2.3.5 多孔陶瓷常温性能表征
2.3.6 多孔陶瓷导热性能表征
2.3.7 多孔陶瓷比表面积表征
2.3.8 多孔陶瓷药物吸附性能表征
2.3.9 密度泛函理论计算研究
第3章 熔盐辅助发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
3.1 发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
3.2 熔盐辅助发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
3.2.1 NaCl辅助发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体
3.2.2 KCl辅助发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体
3.3 Si_3N_4形成过程研究
3.4 小结
第4章 发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷及其常规物理性能研究
4.1 高纯Si粉为原料发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
4.1.1 氮化温度对Si_3N_4多孔陶瓷物相及显微结构的影响
4.1.2 催化剂用量对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.1.3 催化剂种类对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.2 工业Si粉为原料发泡-注凝原位催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
4.2.1 氮化反应温度对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.2.2 固含量对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.2.3 加热方式对Si_3N_4多孔陶瓷常规物理性能的影响
4.3 工业Si粉为原料发泡-注凝协同催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
4.4 发泡-注凝催化氮化所制备Si_3N_4多孔陶瓷性能对比
4.5 小结
第5章 发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷及其常规物理性能研究
5.1 常规加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷性能及其常规物理性能研究
5.1.1 添加剂对Si/Si C陶瓷浆料zeta电位的影响
5.1.2 氮化温度对Si_3N_4/Si C多孔陶瓷常规物理性能及显微结构的影响
5.1.3 低温氮化机理研究
5.2 微波加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷及其常规物理性能研究
5.2.1 氮化温度及时间对Si_3N_4/Si C多孔陶瓷物相的影响
5.2.2 Si_3N_4/Si C多孔陶瓷孔径分布及显微结构
5.2.3 氮化温度及时间对Si_3N_4/Si C多孔陶瓷常规物理性能的影响
5.3 发泡-注凝催化氮化所制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷性能对比
5.4 小结
第6章 发泡-注凝催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
6.1 发泡-注凝催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷性能及药物污水吸附性能研究
6.2 发泡-注凝原位催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷性能及药物污水吸附性能研究
6.3 发泡-注凝催化氮化所制备Si_3N_4/BN多孔陶瓷药物吸附性能对比
6.4 小结
第7章 发泡-注凝法及直接注凝法制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.1 发泡-注凝制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.1.1 发泡-注凝制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.1.2 BN多孔陶瓷吸附机理研究
7.1.3 发泡-注凝法制备BN掺杂多孔陶瓷及其药物污水吸附性能的影响研究
7.1.4 BN掺杂多孔陶瓷吸附机理研究
7.2 直接注凝法制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.3 发泡-注凝法与直接注凝法所制备BN多孔陶瓷吸附性能比较
7.4 小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 后期工作及发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体推广经济效益展望
8.2.1 后期工作展望
8.2.2 发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体推广经济效益展望
8.3 本论文的创新点
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]催化氮化反应Si3N4增强SiC基复相耐高温材料的研究[J]. 黄军同,张梦,李喜宝,胡智辉,冯志军,刘明强,罗军明. 陶瓷学报. 2018(04)
[2]含h-BN复相陶瓷制备及性能研究进展[J]. 李延军,刘冬华,张电,马昱昭. 材料导报. 2018(15)
[3]高导热陶瓷材料的研究现状与前景分析[J]. 江期鸣,黄惠宁,孟庆娟,张王林,黄辛辰,张国涛. 陶瓷. 2018(02)
[4]冰模板法制备反应结合多孔Si3N4/SiC复相陶瓷[J]. 马永华,罗民,吕玉琴,丁肖怡,候广亚. 人工晶体学报. 2014(08)
[5]控温活化燃烧合成α-Si3N4的动力学研究[J]. 陈松林,杨筠,林志明,李江涛,赵海雷,孙加林. 无机材料学报. 2004(06)
硕士论文
[1]海泡石多孔陶瓷的制备、表面改性及其油水分离性能研究[D]. 张俊.武汉科技大学 2019
[2]熔盐法制备氮化碳、氮化铝、氮化硼及硼碳氮粉体[D]. 田亮.武汉科技大学 2018
本文编号：3427179
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：182 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 文献综述
1.1 前言
1.2 α-Si_3N_4粉体研究进展
1.3 SiC多孔陶瓷研究进展
1.3.1 自结合SiC多孔陶瓷
1.3.2 Si_3N_4 结合Si C多孔陶瓷
1.3.3 Si OC结合Si C多孔陶瓷
1.4 Si_3N_4多孔陶瓷研究进展
1.5 BN多孔陶瓷研究
1.6 多孔陶瓷在污水处理中的应用
1.7 密度泛函理论(DFT)在材料研究中的应用
1.8 本论文的研究内容及意义
第2章 实验
2.1 实验原料及设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 主要实验设备
2.2 实验过程
2.2.1 发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
2.2.2 发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
2.2.3 常规加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/SiC多孔陶瓷
2.2.4 微波加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4及Si_3N_4/Si C多孔陶瓷
2.2.5 发泡-注凝催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷
2.2.6 发泡-注凝法及直接注凝法制备BN多孔陶瓷
2.3 检测与表征
2.3.1 物相检测
2.3.2 粉体表面性质检测
2.3.3 样品元素检测
2.3.4 显微结构表征
2.3.5 多孔陶瓷常温性能表征
2.3.6 多孔陶瓷导热性能表征
2.3.7 多孔陶瓷比表面积表征
2.3.8 多孔陶瓷药物吸附性能表征
2.3.9 密度泛函理论计算研究
第3章 熔盐辅助发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
3.1 发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
3.2 熔盐辅助发泡-注凝法制备a-Si_3N_4粉体
3.2.1 NaCl辅助发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体
3.2.2 KCl辅助发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体
3.3 Si_3N_4形成过程研究
3.4 小结
第4章 发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷及其常规物理性能研究
4.1 高纯Si粉为原料发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
4.1.1 氮化温度对Si_3N_4多孔陶瓷物相及显微结构的影响
4.1.2 催化剂用量对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.1.3 催化剂种类对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.2 工业Si粉为原料发泡-注凝原位催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
4.2.1 氮化反应温度对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.2.2 固含量对Si_3N_4多孔陶瓷物相、显微结构及常规物理性能的影响
4.2.3 加热方式对Si_3N_4多孔陶瓷常规物理性能的影响
4.3 工业Si粉为原料发泡-注凝协同催化氮化制备Si_3N_4多孔陶瓷
4.4 发泡-注凝催化氮化所制备Si_3N_4多孔陶瓷性能对比
4.5 小结
第5章 发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷及其常规物理性能研究
5.1 常规加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷性能及其常规物理性能研究
5.1.1 添加剂对Si/Si C陶瓷浆料zeta电位的影响
5.1.2 氮化温度对Si_3N_4/Si C多孔陶瓷常规物理性能及显微结构的影响
5.1.3 低温氮化机理研究
5.2 微波加热发泡-注凝催化氮化制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷及其常规物理性能研究
5.2.1 氮化温度及时间对Si_3N_4/Si C多孔陶瓷物相的影响
5.2.2 Si_3N_4/Si C多孔陶瓷孔径分布及显微结构
5.2.3 氮化温度及时间对Si_3N_4/Si C多孔陶瓷常规物理性能的影响
5.3 发泡-注凝催化氮化所制备Si_3N_4/Si C多孔陶瓷性能对比
5.4 小结
第6章 发泡-注凝催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
6.1 发泡-注凝催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷性能及药物污水吸附性能研究
6.2 发泡-注凝原位催化氮化制备高孔隙率Si_3N_4/BN多孔陶瓷性能及药物污水吸附性能研究
6.3 发泡-注凝催化氮化所制备Si_3N_4/BN多孔陶瓷药物吸附性能对比
6.4 小结
第7章 发泡-注凝法及直接注凝法制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.1 发泡-注凝制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.1.1 发泡-注凝制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.1.2 BN多孔陶瓷吸附机理研究
7.1.3 发泡-注凝法制备BN掺杂多孔陶瓷及其药物污水吸附性能的影响研究
7.1.4 BN掺杂多孔陶瓷吸附机理研究
7.2 直接注凝法制备BN多孔陶瓷及其药物污水吸附性能研究
7.3 发泡-注凝法与直接注凝法所制备BN多孔陶瓷吸附性能比较
7.4 小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 后期工作及发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体推广经济效益展望
8.2.1 后期工作展望
8.2.2 发泡-注凝法制备α-Si_3N_4粉体推广经济效益展望
8.3 本论文的创新点
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]催化氮化反应Si3N4增强SiC基复相耐高温材料的研究[J]. 黄军同,张梦,李喜宝,胡智辉,冯志军,刘明强,罗军明. 陶瓷学报. 2018(04)
[2]含h-BN复相陶瓷制备及性能研究进展[J]. 李延军,刘冬华,张电,马昱昭. 材料导报. 2018(15)
[3]高导热陶瓷材料的研究现状与前景分析[J]. 江期鸣,黄惠宁,孟庆娟,张王林,黄辛辰,张国涛. 陶瓷. 2018(02)
[4]冰模板法制备反应结合多孔Si3N4/SiC复相陶瓷[J]. 马永华,罗民,吕玉琴,丁肖怡,候广亚. 人工晶体学报. 2014(08)
[5]控温活化燃烧合成α-Si3N4的动力学研究[J]. 陈松林,杨筠,林志明,李江涛,赵海雷,孙加林. 无机材料学报. 2004(06)
硕士论文
[1]海泡石多孔陶瓷的制备、表面改性及其油水分离性能研究[D]. 张俊.武汉科技大学 2019
[2]熔盐法制备氮化碳、氮化铝、氮化硼及硼碳氮粉体[D]. 田亮.武汉科技大学 2018
本文编号：3427179
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