论文部分内容阅读
Si2N2O是一种性能优异的高温结构材料和耐火材料。本课题以纯硅藻土和纳米SiO2纤维为硅源，采用碳热还原氮化工艺，在原料配比m(硅源):m(乙炔碳)=1:1，1300-1450℃和2-4 h范围内制备Si2N2O粉体。结果表明：分别以纯硅藻土和纳米SiO2纤维为硅源，烧成出样品的显微结构具有相似的特征；1350℃反应4 h时样品中均出现少数Si2N2O物相；继续提高加热温度和延长反应时间直至1450℃反应4 h后，样品中α-方石英完全转变为Si2N2O和β-SiC；样品形貌主体为球状，周围分布片层状小晶粒；H2气氛下1450℃反应4 h仅出现β-SiC，N2气氛下烧成出现Si2N2O和β-SiC物相；在选择碳源材料的实验中，相同条件下，石墨不能作为合成Si2N2O-SiC的碳源材料。 本研究主要内容包括：⑴硅藻土是生物成因的非晶硅质多孔沉积岩，储量丰富但多以中、低品位为主；本文针对现有提纯/清孔工艺做出改进，以白山硅藻土为原料，采用水热酸浸法处理得到纯硅藻土。初始HCl浓度11.64 mol/L，液固比V(HCl):m(diatomite)=200 ml:100 g条件下，反应4h，温度从110℃上升至140℃，Al2O3浸出率从38.05%增大至77.60%；Fe2O3浸出率从68.77%增大至79.68%，且随温度上升，Al2O3和Fe2O3浸出达到饱和的时间均不同程度缩短；120℃实验，时间从2 h延长至6 h，Al2O3浸出率由37.42%增大至61.44%，Fe2O3浸出率由67.64%增大至83.34%；Al2O3浸出速率始终快于Fe2O3。反应动力学表明：Al2O3和Fe2O3的浸出过程均遵循内扩散控制未反应核收缩模型，表观反应活化能分别为2.96 kJ/mol和6.41kJ/mol；显微结构分析表明：粘附在硅藻骨骼表面氧化物完全被HCl清洗，部分被堵塞的孔道重新显露；水热酸浸处理不会改变硅藻土的吸附等温线类型。⑵凹凸棒石是链层状、含水的镁、铝硅酸盐矿物。本文针对苏皖地区沉积型凹凸棒石，采用水热酸浸工艺制备纳米SiO2纤维。初始HCl浓度8 mol/L，液固比V(HCl):m(palygorskite)=200 ml:100 g条件下，在120-150℃和20-120 min分析温度和时间对八面体阳离子Al3+和Mg2+溶出效果的影响。结果表明：酸浸反应是吸热反应，反应后SiO2含量从62.27%提高到98.74%，Al2O3含量从12.64%下降到0.66%，MgO含量从7.91%下降到0.11%，所得样品具有纳米尺度、纤维状形貌；结构单元依然是上、下交替排列的[SiO4]，但是六元环高度扭曲。动力学分析表明：凹凸棒石中Al2O3和MgO的酸浸过程均遵循表面反应控制的未反应核收缩模型，表观活化能分别为3.35kJ/mol和7.13 kJ/mol。