引言
精細陶瓷由於其優越的機械效能和功能效能，在過去的二十年中得到了發展。最近，從環境和經濟的角度來看，希望開發具有較低能量的製造工藝，因為生產精細陶瓷需要相當大的能量。另一方面，由於包括各種精細陶瓷在內的大量固體廢物的排放，自然資源和填埋場的枯竭正成為一個嚴重的問題。為了解決這些問題，有必要為這些陶瓷開發一個回收系統。然而，精細陶瓷回收的研究和開發還沒有進行。
實驗
si3n 4陶瓷的水熱處理使用在JFCC，透過新增0.9質量%的碳酸鍶、3.6質量%的氧化鎂和4.5質量%的氧化鈰作為燒結助劑製備的市售Si3N4陶瓷作為樣品(密度:3.21 g/cm3)。為了進行水熱處理，將Si3N4陶瓷切割成9mm × 9mm × 5 mm的矩形試樣。表1總結了用於水熱處理的Si3N4陶瓷中晶粒邊界相的特徵。將每個試樣放入襯有特氟隆和50毫升2.8m HF水溶液的自動量筒中，然後將該容器放入保持在給定溫度的烘箱中。水熱處理在自生條件下進行。
水熱處理過的粉末和漂洗過的粉末透過x光衍射分析使用鎳過濾銅卡x光輻射。用掃描電鏡觀察了試樣的表面形貌和織構，用電感耦合等離子體原子發射光譜法對溶解在氟化氫溶液中的鍶、鎂和鈰離子進行了定量和定性分析。使用單色 X射線輻射來分析用硝酸漂洗的粉末的表面狀態。使用銀3d 5/2峰作為標準位置，將樣品固定在刮傷的銀板上。假設峰用高斯函式表示，則確定每個峰的準確峰位。
結果和討論
透過水熱處理回收Si3N4粉末，圖1(a)顯示了接收的si3n 4燒結體的外觀，(b)在130 ℃水熱處理24h和隨後的超聲處理後剩餘的回收粉末(左)和芯塊(右)，以及(c)在上述處理後用硝酸水溶液漂洗的粉末。收到的灰色燒結體變成白色粉末顆粒。如圖1(b)的左側所示，透過水熱處理和超聲處理的組合，大部分燒結體容易分解成粉末狀顆粒。然而，如圖1(b)的右側所示，Si3N4壓塊的內部仍然是一塊碎片，沒有解體。隨著處理時間和溫度的增加，碎片尺寸減小，因為SisN4陶瓷在HF溶液中的腐蝕速率隨著處理時間和溫度的增加而增加。根據這些結果，晶界相被認為是透過水熱處理從Si3N4燒結體的表面提取的，然後超聲處理導致Si3N4陶瓷的粉碎，其中晶界相被充分提取。
圖1 圖1(a)收到的Si3N4燒結體的外觀，(b)在130 ℃水熱處理24 h和超聲處理後剩餘的回收粉末(左)和碎片(右)，(c)用硝酸水溶液沖洗粉末
圖2(a)顯示了收到的Si3N4燒結體，(b)水熱後回收的粉末的XRD圖譜，在130 ℃下處理24h和隨後的超聲處理，和(c)在上述處理後用硝酸漂洗粉末。
圖2
在熱處理和超聲處理後粉末的XRD圖譜中，流感病毒的衍射線對應於CeF和氟化鎂，如圖2(b)所示，此外還有p-Si3N4的衍射線。然後，在水熱處理後獲得的粉末中沒有觀察到在所接收的SigNa燒結複合物中觀察到的寬峰(比較圖2(a)和(b))。這一結果表明，含有燒結助劑的無定形晶界相溶解在氟化氫水溶液中，導致產生水不溶性氟化物。在硝酸溶液中漂洗水熱處理過的粉末後，這些氟化物的衍射峰完全消失，僅觀察到對應於p-SigN4的峰，如圖2(c)所示。這些結果表明，可以透過水熱處理、超聲波處理和漂洗的組合來收集純的p-SigN4粉末顆粒。在接收樣品和水熱處理樣品中可以觀察到β-SigN4向更高衍射角的峰移。
圖3顯示了(a)表面和(b)的掃描電鏡顯微照片在100℃水熱處理24小時和超聲處理後獲得的芯塊的橫截面。如圖3(a)所示，在芯塊的腐蝕表面區域明顯觀察到針狀B- si3n 4晶體。然而，這些晶體不能透過超聲處理分解成粉狀顆粒。在暴露於各種水熱條件下的所有樣品中觀察到類似的特徵，除了在150℃下120小時的情況，此時芯塊完全消失。SEM觀察顯示，HF水溶液的腐蝕侵蝕透過侵入晶界相的優先路徑向內部進行，如圖3(b)所示。然而，不可能粉碎在核碎片上觀察到的針狀p-Si3N4顆粒，因為晶界相溶解不充分。
圖3 在100℃水熱處理24小時和超聲處理後獲得的芯塊的(a)表面和(b)橫截面的掃描電鏡影象
水熱處理下的溶解動力學和機理：
為了在水熱條件下從氮化矽陶瓷中有效回收氮化矽顆粒，分析了氮化矽陶瓷和晶界相的浸出行為。由於SigNa陶瓷的重量損失與處理時間成線性關係(如圖4中虛線所示)，SigNa 4陶瓷在反應初始階段被HF水溶液腐蝕的動力學可以用下式描述。
圖4 70℃、100℃水熱處理對SisNa陶瓷失重的處理時間依賴性
總結
我們研究了在HF水溶液中透過水熱處理回收SigN4陶瓷的可能性。透過水熱處理、超聲處理和用硝酸水溶液沖洗的組合，收集純針狀p-SigN4粉末顆粒。透過水熱處理和隨後的超聲處理，發現Si3N4燒結體大部分分解成粉末狀顆粒，儘管si3n 4的核心部分陶瓷仍然是碎片。在水熱處理過程中形成並混合到回收的Si3N4粉末中的水不溶性氟化物透過用HNO漂洗完全除去；經過以上處理。然而，XPS分析表明，漂洗過的顆粒表面略有氧化。
對SigN4陶瓷浸出行為的分析結果表明，燒結助劑的溶解程度隨著處理時間和溫度的增加而增加。氮化矽晶體本身的溶解隨著處理時間和溫度的增加而增加。在高達30h的水熱處理的情況下，SigN4陶瓷的腐蝕行為線性依賴於處理時間，並且由表面化學反應控制。有效的水熱條件是在更高的溫度下處理更短的時間。
