高溫氮化合成Si2N2O及其對耐火材料性能的優(yōu)化研究.pdf

1、氧氮化硅是一種優(yōu)異的高溫結(jié)構(gòu)材料和耐火材料，氧氮化硅具有優(yōu)異的抗氧化性、抗熱震性、耐腐蝕性、抗蠕變性以及高溫強度高、高致密度、低膨脹率等優(yōu)良性能。氧氮化硅復(fù)合材料與氮化硅復(fù)合材料具有相似力學(xué)及熱學(xué)性能，但是，氧氮化硅復(fù)合材料抗氧化性、抗熱震性以及化學(xué)穩(wěn)定性均優(yōu)于氮化硅復(fù)合材料。目前國內(nèi)外對氧氮化硅的研究還十分有限，因此，本文研究了各種工藝因素對以單質(zhì)硅和二氧化硅為原料高溫氮化合成氧氮化硅的影響，并對合成材料的顯微結(jié)構(gòu)進行了研究。同時，將

2、合成氧氮化硅粉末加入到幾種耐火材料中，探究了氧氮化硅對提高耐火材料性能的可能性。結(jié)論如下：
　?。?）合成氧氮化硅的最佳工藝為：單質(zhì)硅與分析純二氧化硅質(zhì)量比為7：5.72，反應(yīng)溫度為1460℃×3h，原料粒度為d50=5.551μm；以高純石英玻璃粉、分析純二氧化硅、工業(yè)石英粉為二氧化硅源高溫氮化合成試樣中Si2N2O含量較高，分別為87％、89%、86%，以SiO2微粉為二氧化硅源高溫氮化合成試樣中Si2N2O含量較低，為79%

3、；合成試樣中，Si2N2O晶粒形貌為柱狀或片層狀，晶粒長度為4-7μm。
　?。?）以單質(zhì)硅和二氧化硅為原料在氮氣氣氛中合成氧氮化硅的反應(yīng)機理為隨機成核和隨后生長。該反應(yīng)體系的最概然機理函數(shù)為G(α)=[-ln(1-α)]4，其相應(yīng)微分式為 f(α)=1/4(1－α)[－ln(1－α)]-3，反應(yīng)表觀活化能為710.86kJ/mol，指前因子 A為7.76×1023min-1。
　?。?）當(dāng)q值取0.37，碳化硅加入量為15

4、%，石墨加入量為5%時，MgO-SiC-C質(zhì)定形耐火材料各項性能綜合較好；試驗中合成的Si2N2O加入到MgO-SiC-C質(zhì)定形耐火材料中可以改善材料物理性能、抗氧化性及抗渣性；Si2N2O加入量為1%時, MgO-SiC-C質(zhì)定形耐火材料各項性能為最佳。
　?。?）加入適量Si2N2O可以改善鐵溝料強度、抗渣性以及抗氧化性，改善鐵溝料的顯微結(jié)構(gòu)，Si2N2O最佳加入量為1-2%。
　?。?）當(dāng)Si2N2O加入量為1%-3%

5、時，Al2O3-SiC-C質(zhì)定形耐火材料物理性能、抗氧化性、抗渣性較好；Al2O3-SiC-C質(zhì)定形耐火材料抗渣試樣反應(yīng)層剛玉顆粒邊緣與高爐渣中MgO反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石阻止渣進一步侵蝕剛玉顆粒內(nèi)部。加入2%的Si2N2O可以促進Al2O3-SiC-C質(zhì)定形耐火材料氧化層氣孔中生成較明顯的3μm左右的SiO2小球，阻塞氣孔，阻止了氧氣進一步擴散氧化試樣；加入3%的Si2N2O可以促進Al2O3-SiC-C質(zhì)定形耐火材料產(chǎn)生更多含硅氧化物進