【Sialon陶瓷的研究现状的文献综述2300字】

Sialon陶瓷的研究现状的文献综述1.1Sialon陶瓷的性质Sialon是由Si、Al、O、N四种元素组成的陶瓷材料，其发现过程是将Al2O3加入到Si3N4中热压烧结，发现Al2O3可以固溶到Si3N4的晶格中，并且固溶量在60-70%[45]。目前，已知Sialon的相有α-Sialon[46]、β-Sialon[47]、ο-Sialon[48]和X-Sialon[49]。Sialon同时具有着氧化物和非氧化物的性质，因此它具有着较高的抗氧化能力，优异的力学性能，以及较低的热膨胀系数，这使其常被用于高温材料的制备中。其中β-Sialon由于其较高的强度常被用作复合材料的增强相，它的化学方程式可以写作Si6-zAlzOzN8-z(0＜Z≤4.2)，其结构可以看作为β-Si3N4中Si-N被Al-O取代的数量。因此在结构上β-Sialon保持着与β-Si3N4结构的高度相似性，其晶体结构如图1-4所示。值得注意的是，作为Al2O3和Si3N4的固溶体，它同时有着氧化物和Si3N4的理化性质。首先它作为氧化物具有着较好的高温性能，其导热系数较高，热膨胀系数较低，抗热震性好，另外它具有非氧化物的特征，就是与氧气反应条件较高，抗氧化性好。图1-4β-Sialon晶体结构[47]1.2Sialon陶瓷的制备研究进展(1)固相反应法固相反应法，是指将含有纯氮化物和氧化物的反应为原料，在高温高压的条件下发生固溶反应生成Sialon的方法。通过调整原料的比例，可以获得Z值不同，结构不同的Sialon陶瓷。Nekouee等[50]采用固相反应的方法合成β-Sialon相，以Si3N4、Al2O3、AlN、TiO2为原料，在高温条件下合成出β-Sialon/TiN复合材料。但是这种固相反应法在制备过程中耗能较大，需要较高的温度和气氛的加入，并且产量较低，难以工业化，属于早期制备Sialon的方法。(2)燃烧合成法燃烧合成法是指含硅和含氮的反应物在氮气氛围中，按照合适的比例通过燃烧作用烧结的方法，使反映自发进行制备Sialon的方法。Shahien[51]等采用火花等离子提烧结的方法，以Al粉、Si粉及SiO2粉作为原料制备了结构不同的Z值为2到4的β-Sialon粉末。在后续试验中随着β-Sialon晶种（Z=1）的引入，纯相的β-Sialon被成功制备。另外Niu[52]等人采用熔盐烧结的方法，利用上述的原料外还加入了不同含量的NaCl，发现NaCl的加入可以促进β-Sialon的合成。这种燃烧合成的方法本质上还是利用高温的条件使固溶反应直接发生，因此也存在着耗能大，产率低的缺点。(3)碳热还原氮化法碳热还原氮化法是制备Sialon的最常见并且也是被使用最多的一种方法，其原理是在原料中引入碳源，配合催化剂，在氮气氛围中以较低的温度合成Sialon相。这种方法的优点是制备原料简单易得，耗能低，产量大，在90年代到20年代初期，有很多工作以环保绿色，材料循环利用为主题利用氮化黏土如高岭土、叶腊石、尖晶石的方法制备Sialon相[53-55]，从而使这种材料受到广泛关注。近几年，这种方法也被广泛应用于原位合成Sialon，成为制备Sialon的主要方法。1.3原位合成Sialon的研究进展碳热还原法为制备Sialon提供了简便且稳定的方法，因此近年来，很多工作利用碳热还原氮化的方法原位生成Sialon制备复合材料。殷超凡[56]等人集中在Al2O3-C防火材料体系中原位合成β-Sialon增强相，他们利用活性Al2O3粉末、Al粉、Si粉、硅铝粉末以及片状石墨作为碳源，酚醛树脂为粘合剂，过渡金属为催化剂，在固化成型后，在1400℃下保温5小时，制备了内部含有Sialon晶须的Al2O3-C复合材料。通过力学性能的测试，发现内部的Sialon相可以显著提升材料的断裂强度及韧性。根据热力学及微观形貌，确定其生长机理主要为V-L-S生长模型，并且根据催化剂的不同，会影响Sialon不同晶面与气相分子的结合，从而导致生成Sialon晶体结构的不同，如图。XiNie[57]等人以活性刚玉、氮化硅铁为原料，酚醛树脂为固化剂及碳源、通过预成型及固化，在石墨热压炉中氮气氛围烧结，1500-1600℃下保温3小时后得到Sialon/Al2O3复合材料。通过对其力学性能测试，发现其抗弯强度显著增加，并且通过热循环测量残余强度，发现其抗热震性能得到加强。在基体中原位合成Sialon相的方法简单，强韧化效果好，但是对于基体的选择有限，基本上为Al2O3以及Si3N4，基体都是合成Sialon的剩余原料在热压条件下聚合，因此导致复合材料的性能相较于同类的材料较低。因此对于原位合成Sialon的工作前景是选择与其相容性更高且自身性能较好的基体，并且烧结过程涉及到气相的反应，而固化及预成型过程会影响气相进入材料内部反应，因此无压烧结的方法更加适合Sialon的制备。由于碳热还原氮化法制备Sialon是比较常见并且稳定的方法，也有很多工作集中于对其机理的探寻[56,58]。由于烧结过程中反应温度较高，超过了仪器的测试范围，并且烧结过程物质变化较复杂，无法对中间产物进行准确的确定，因此关于机理的描述基本是根据微观结构的特点以及结合热力学对其进行合理推测。而目前对于Sialon生长过程应用较多的机理是V-L-S生长模型，而对于反应烧结过程的细化以及提供切实的证据，也是研究Sialon生长过程的重点。图1-5利用不同催化剂原位生成不同类型β-Sialon晶体结构[56]参考文献ZhangD,LiY,GaoW,etal.Developmentandapplicationofhightemperatureradomematerials[J].AerospaceMaterials&Technology,2001,6.HsiangHI,ChenCC,YangSY.MicrowavedielectricpropertiesofCa0.7Nd0.2TiO3ceramic-filledCaO-B2O3-SiO2glassforLTCCapplications[J].JournalofAdvancedCeramics2019;8(3):345-51.PirzadaTJ,LiuD,EllJ,BarnardH,SulakI,GalanoM,MarrowTJ,RitchieRO.Insituobservationofthedeformationandfractureofanalumina-aluminaceramic-matrixcompositeatelevatedtemperatureusingx-raycomputedtomography[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety2021;41(7):4217-30.IqbalT,MostafaM,IshtiaqueMS,RahmanMJ,ChoudhuryS.EffectofCe-MnCodopingontheStructural,MorphologicalandElectricalPropertiesoftheBaTiO3BasedCeramics[J].BiointerfaceResearchAppliedChemistry2021;11(4):12215-26.LeiY,WangQ,HuoJ.Fabricationofdurablesuperhydrophobiccoatingswithhierarchicalstructureoninorganicradomematerials[J].CeramicsInternational,2014,40(7):10907-14.LiY,ZhangD,ChenY,etal.Progressinhighperformanceradome&antennamaterialsforaerospace[J].AerospaceMaterials&Technology,2000,5.WangY,LiuJ.Aluminumphosphate–mullitecompositesforhigh-temperatureradomeapplications[J].InternationalJournalofAppliedCeramicTechnology,2009,6(2):190-4.HarisM,LailaD,ZainudinE,etal.Preliminaryreviewofbiocompositesmaterialsforaircraftradomeapplication[J].KeyEngineeringMaterials,2011,471:563-7.张学斌,何利华,漠杰.复合材料在导弹天线罩连接环上的应用[J].制导与引信,2012,33(01):33-6.LiHB,ZhangHM,ChangAM,MaXH,RongJH,YangLY.Anovelcore-shellstructureNTCceramicwithhighstabilityfabricatingbyanin-situink-jetprintingmethod[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety2021;41(7):4167-74.Al-ZahraniYA,MehboobK,MohamadD,AlhawsawiA,AbolabanFA.NeutronicperformanceoffullyceramicmicroencapsulatedofuraniumoxycarbideanduraniumnitridecompositefuelinSMR[J].AnnNuclEnergy2021;155:13.YanJM,HeNL,ChenXJ,XiaoCJ,ZhaoLJ,GaoT.Design,synthesisandcharacterizationofadvancedtritiumbreeder:Li4Si1-xTixO4ceramics[J].CeramicsInternational2021;47(10):14178-82.KavazE,ElAgawanyFI,TekinHO,PerisanogluU,RammahYS.Nuclearradiationshieldingusingbariumborosilicateglassceramics[J].JournalofPhysicsandChemistrySolids2020;142:9.YaoC,AhmedMH,DeGraveL,YoshiharaK,MercelisB,OkazakiY,VanLanduytKL,HuangC,VanMeerbeekB.Optimizingglass-ceramicbondingincorporatingnewsilanetechnologyinanexperimentaluniversaladhesiveformulation[J].Dentalmaterials:officialpublicationoftheAcademyofDentalMaterials2021,37:894-904.SimbaBG,RibeiroMV,AlvesMFRP,AmaranteJEV,StreckerK,dosSantosC.Effectofthetemperatureonthemechanicalpropertiesandtranslucencyoflithiumsilicatedentalglass-ceramic[J].CeramicInternational2021,47:9933-40.PerisanogluU,El-AgawanyFI,KavazE,Al-BuriahiM,RammahYS.SurveyingofNa2O3-BaO-PbO-Nb2O5-SiO2-Al2O3glass-ceramicssystemintermsofalpha,proton,neutronandgam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