礬土基Ca-α-Sialon氮化反應(yīng)合成工藝研究.pdf

1、本文用Al2O3、輕燒礬土、金屬Si粉、金屬Al粉、CaCO3為主要原料，輔以少量添加劑(Y2O3、TiO2、Fe2O3、NH4Cl、NH4F)和晶種(α-Si3N4、α-Sialon)，氮化反應(yīng)合成Ca-α-Sialon粉體，探討諸多工藝因素對Ca-α-Sialon反應(yīng)合成的影響。進一步研究了Ca-α-Sialon材料的熱穩(wěn)定性。并對Ca-α/β-Sialon粉體的抗氧化性能進行了研究。制備出了Ca-α/β-Sialon結(jié)合剛玉復(fù)合材

2、料。 Ca-α-Sialon的氮化合成實驗結(jié)果表明：(1)1550℃/12h氮化反應(yīng)后，氧化鋁基試樣中Ca-α-Sialon的相對含量最高可達72％，礬土基試樣最高可達42％，其他物相為β-Sialon;(2)CaCO3加入量增多能夠顯著提高產(chǎn)物中Ca-α-Sialon的相對含量；(3)添加劑Y2O3、TiO2、Fe2O3可以促進Ca-α-Sialon的合成，其中Y2O3的促進作用最明顯，TiO2次之；(4)α-Si3N4晶種的

3、引入能夠顯著提高Ca-α-Sialon的合成量；α-Sialon晶種的加入同樣可以提高Ca-α-Sialon的合成量，但效果不如α-Si3N4(5)Si粉和Al粉的量以及Al2O3種類對Ca-α-Sialon的氮化合成影響不明顯；(6)SEM分析結(jié)果表明，Ca-α-Sialon發(fā)育成柱狀晶，長徑比在3～10之間。(7)微波氮化可以降低Ca-α-Sialon的合成溫度，并在很大程度上縮短反應(yīng)時間。(8)利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了Si粉、A

4、l粉、添加劑、α-Si3N4晶種的加入量與1550℃不同保溫時間合成的Ca-α-Siaon相對含量之間的非線性對應(yīng)關(guān)系，具有良好的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測效果。 Ca-α-Sialon粉體熱穩(wěn)定性研究表明，高溫(1800℃)反應(yīng)燒結(jié)合成的Ca-α-Sialon只能在1500℃以下溫度穩(wěn)定存在，1550℃下轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Sialon，在此溫度熱處理20h后轉(zhuǎn)化率達95％。1550℃氮化反應(yīng)合成的Ca-α/β-Sialon粉體，熱穩(wěn)定性優(yōu)于高溫(180

5、0℃)反應(yīng)燒結(jié)合成的Ca-α-Sialon，1550℃熱處理20h后α-Sialon含量變化不大。以Y2O3為添加劑合成的Ca-α/β-Sialon粉體熱穩(wěn)定性優(yōu)于以TiO2和Fe2O3為添加劑的試樣。 Ca-α/β-Sialon粉體的抗氧化性能研究表明，Ca-α/β-Sialon粉體開始氧化的溫度約為900℃，其氧化屬于保護型氧化，并且隨著粉體粒度的降低，氧化趨勢變大。d50=0.35mm的Ca-α/β-Sialon粉體120

6、0℃、1250℃、1300℃氧化的速率常數(shù)分別為4.5×10-3mg2·cm-4·min-1、9.3×10-3mg2·cm-4·min-1、13.5×10-3mg2·cm-4·min-1；d50=0.022mm的粉體分別為0.8×10-3mg2·cm-4·min-1、1.1×10-3mg2·cm-4·min-1、1.3×10-3mg2·cm-4·min-1；其氧化活化能分別為213kJ·mol-1和92kJ·mol-1。氧化產(chǎn)物為SiO