0:10.13374/j.1ssn1001053x.1997.06.011 第19卷第6期 北京科技大学学报 Vol.19 No.6 1997年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1997 B-Si,N,纤维及柱晶的制取 * 曹永革葛昌纯 周张健 北京科技大学特种陶瓷粉末冶金研究室，北京100083 摘要采用燃烧合成工艺，制取了细长的BSi,N,纤维.纤维顶端有小球，小球中含Si,A成分， 纤维有扭曲、拧结现象.VLS机制是控制纤维生长的主要机制.晶体顶端有螺旋生长蜷线.燃烧合 成的-Si,N为六方柱晶，表面无缺陷.柱晶主要通过VC机制生长.B-Si,N,柱晶是从微晶B-Si,N 中长出的，其生长具有晶格继承性.异相添加剂和少量杂质A!的引入有利于形成较长的柱晶和纤 维.控制原始反应物中的添加剂含量，保持较高的燃烧温度，是制取B-S,N,纤维的关键 关键词B-Si,N纤维，燃烧合成，VLS,VC生长机制 中图分类号TQ038 Si,N,纤维是具有与SiC纤维相似性能的陶瓷纤维.一般制备Si,N,柱晶或纤维的方法主 要有：1)碳热还原法山；2)CVD法以，3)常规Si粉氮化法).这些方法具有各自的优点，但由 于成本较高，限制了开发应用.本文所采用的燃烧合成工艺具有低成本、自净化、反应迅速、低 能耗等独特的优点，用这种工艺来制取S,N纤维和柱晶可以大大降低成本，提高产率，目前 仅有Miguel A.Rodriguez等的报道， 一般B-Si,N纤维的生长均是通过有过渡金属离子作为催化剂参与的气一液一固(VLS) 机制进行的，而Miguel A.Rodriguez所报导的SHSB-Si,N,纤维的生长机制却并非VLS机 制.对此，本文在探讨以这种特殊工艺制取B-S1,N,纤维生长机制的同时，对其形貌特征和控 制晶体生长的工艺参数也作了进一步研究和讨论， 1 实验 实验使用的硅粉初始平均粒度为16.74μm,比表面积为0.648m/g,杂质含量小于 1,2%;作为稀释剂加入的Si,N,为自制的燃烧合成的B-Si,N粉；异相添加剂NH,C1为分析纯. 将87%的Si粉和作为稀释剂加入的10%的B-Si,N粉以及2%的NH,C混合，再加入 1%左右的分析纯A1粉（均为质量分数），用烧结过的Si,N球湿磨30h(以无水乙醇为介质)， 烘千，过100目筛，装入中40mm×50mm的多孔石墨坩锅中，置于自制高压反应容器中，抽真 空，充入10MPa的N,气，以Ti+C作为点燃剂，用钨丝点燃.Si粉迅速燃烧，反应在2min内完 成.反应过程中，在试样心部上、下两端分别插以中0.2mm的W-Re3W-Re25热电偶进行测温 并记录下温度曲线. 1997-09-29收稿 第一作者男27岁博士 *国家自然科学基金资助项日第 19 卷 第6期 1 9 9 7年 1 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f nU i v e r s i t y o f Sc i即 e e a n d T e c h n o l o g y B e ji i n g V o l 。 1 9 N 0 . 6 】k C . 1 9 9 7 皿 户iS 3N 4 纤维及 柱 晶的制取 ’ 曹永革 葛昌纯 周 张健 北京科技大学特种陶瓷粉末 冶金研究室 , 北京 10 00 8 3 摘要 采用燃烧合成工艺 , 制取了 细长的 户51 3叹 纤维 · 纤维顶端 有小 球 , 小球 中含 is , lA 成分 , 纤维有扭曲 、 拧结现象 . V L S 机制是控制纤维生长的主要机制 . 晶体顶端有螺旋生长蜷线 . 燃 烧合 成的 介51 3叹 为六方柱晶 , 表面无缺陷 · 柱晶主要通过 v C 机制生长 · 夕 一 51 3 \ 柱晶是从微 晶 介51 3伙 中长出的 , 其 生长具有晶格继承性 . 异相添加剂和少量杂质 lA 的引人有利于形成较长的柱晶和纤 维 · 控制原始反应物 中的添加剂含量 , 保持较高的燃烧温度 , 是制 取 户51 3 \ 纤维的关键 · 关键 词 户51 3伙 纤维 , 燃烧合成 , v L S , V C 生长机制 中图分类号 T Q 0 38 51 3 \ 纤 维是 具有 与 is C 纤 维相 似性 能 的陶 瓷纤 维 一般制 备 51 3仪 柱晶 或纤 维 的方法 主 要 有 : l) 碳 热 还原法 ;1] 2) vc D 法 叭 3) 常规 is 粉氮 化法 3[] . 这些 方法具 有各 自的优 点 , 但 由 于成 本较 高 , 限制 了开发 应用 . 本文所 采用 的燃烧合成工 艺具 有低成 本 、 自净化 、 反 应 迅速 、 低 能耗等独 特 的优点 , 用这 种 工艺 来 制取 51 3 \ 纤 维 和柱 晶可 以 大大 降低 成 本 , 提 高 产 率 · 目前 仅有 诵g ue l A . Rod ir g ue z 等 4[] 的报 道 . 一般 介 51 3 \ 纤维 的生 长均 是通 过 有过 渡 金属 离 子作 为催化剂 参与的气一液一固 V( L s) 机 制 进 行 的 , 而 腼g ue l A . oR d ir g ue z 所 报 导 的 S H罕 一 51 3 \ 纤 维 的 生 长 机 制 却并 非 V L S 机 制 · 对此 , 本文 在探 讨以 这种 特殊 工艺制 取 介51 3凡 纤 维生 长机 制 的同 时 , 对其形 貌 特征 和控 制 晶体生 长 的工艺 参数 也作 了进 一步研 究 和讨论 . 1 实验 实 验 使 用 的 硅 粉 初 始 平 均 粒 度 为 16 . 74 卜m , 比表 面 积 为 .0 6 48 m Z / g , 杂 质 含 量 小 于 1 . 2 ;0/ 作 为稀释 剂加 人 的 51 3 \ 为 自制的燃 烧合成 的户51 3 \ 粉 ;异相添 加剂 N H 礴 a 为分 析纯 . 将 87 % 的 iS 粉和作为稀 释剂 加人 的 10 % 的 介51 3 \ 粉以及 2 % 的 N H 礴 a 混合 , 再 加人 lo/ 左右 的分 析纯 lA 粉 ( 均 为质 量分数) , 用烧结过的 51 3 \ 球湿磨 30 h( 以 无水乙 醇 为介 质 ) , 烘干 , 过 10 0 目筛 , 装 人 中40 m m x 50 ~ 的多孔 石 墨柑锅 中 , 置于 自制高 压反 应容 器 中 , 抽 真 空 , 充 人 10 M P a 的 凡 气 , 以 iT + C 作 为点燃 剂 , 用钨丝点 燃 . 51 粉迅 速燃 烧 , 反 应在 2 而 n 内完 成 . 反 应过 程 中 , 在试 样心 部上 、 下两 端分 别插 以 中0 . 2 m m 的 w 一 eR 3阿 一 掩 25 热 电偶 进行 测 温 并记 录下温 度 曲线 . t 9 9 7 一 0 9 一 2 9 收稿 第一 作者 男 27 岁 博士 * 国 家 自然科学 基金资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 06. 011