氮化物陶瓷是氮与金属或非金属元素造成的陶瓷,包括氮化铝、氮化硼、氮化硅、氮化镓、氮化钛等,是一类重要的结构与功能材料。氮化物陶瓷的晶体结构多为六方晶系和立方晶系,一般都具有高硬度、耐高温,大带隙的特点,不同的氮化物陶瓷也拥有其自己独特性质,在不同领域得以应用,例如氮化铝(AlN)以其优异的导热性能和良好的耐化学性能而闻名;六方氮化硼(BN)因其柔软性和润滑性能而闻名;氮化硅(Si3N4)则具有良好抗热震性和极高的断裂韧性。氮化物陶瓷材料家族庞大,应用范围极广,要想把它们的作用发挥到极致,烧结时所采用原料粉体的表征指标非常关键。
常见的表征项目包括粒度、粒度分布、晶体形貌、原晶粒度、比表面积、真密度、松装密度、吸油率、吸水率、pH值、电导等。在实际生产中,一般都会针对几种直接影响产品性能的特性进行重点检测。对于氮化物陶瓷而言,烧结过程中所采用原料粉体的大比表面积有利于α相粉体的自扩散,促进α相颗粒重排、溶解析出,即有利于氮化物粉体从低温稳定的α相转变成高温稳定的β相,从而生成致密、均匀的电子级陶瓷显微结构。显然,氮化物陶瓷原料粉体的比表面积指标对最终产品质量的重要性不言而喻。
比表面积是单位质量粉体材料的总表面积,包含了外表面以及所有与表面相通的孔的内表面积
但由于粉体的粒度较小,准确测定其比表面积并不是一件容易的事,目前主要采用的方法一般为动态色谱法和静态容量法,两者都是利用粉体材料表面的吸附特性,用气体分子作为“量具”,测试出粉体表面的气体吸附量,并按照一定的物理模型计算出比表面积。对于自研产品,可通过静态物理吸附法建立比表面积标准,对于企业客户生产线产品,可以通过动态物理吸附法高效快速的测试。中国材料表征仪器的领先制造商精微高博有自己的答案。
气体吸附原理:吸附质体相分子受力均匀,而表相分子受力不均匀,于是会寻找气体分子吸附于表面,使表相分子受力均匀,处于平衡状态。
动态色谱法:一定比例的载气和吸附质气体的混合气体流过待测样品,根据吸附前后气体浓度变化,得到待测样品吸附量。 | 静态容量法:待测粉体样品装在一定体积的一段封闭的试管状样品管内,向样品管内注入一定压力的吸附质气体,根据吸附前后的压力或重量变化来确定被测样品对吸附质分子的吸附量。 |
7月5-7日,北京精微高博仪器有限公司的应用工程师高鹏将在河北唐山举办的“2023全国先进陶瓷产业创新发展(唐山)论坛”上带来题为《氮化物陶瓷比表面测试方法探究》的报告,分享他们在氮化物陶瓷比表面积测试方面的相关经验,主要内容包括了:
1)氮化物陶瓷的应用;
2)氮化物陶瓷、粉体的制备;
3)氮化物粉体评价指标;
4)氮化物比表面积测试方法。
报告人简介
高鹏,毕业于天津科技大学,化学工程硕士,主要从事新能源-光、电催化方面的研究,发表SCI学术论文2篇,参加国内、国际学术会议2次。曾任北京光合新能源科技有限公司研发工程师,主要研究CO2的催化还原。现就职于北京精微高博仪器有限公司,担任应用工程师。
唐山先进陶瓷论坛会务组
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