利用鋯英石制備ZrO2-SiC、ZrN-Si3N4復(fù)合粉體及ZrN-Sialon結(jié)合剛玉復(fù)合材料.pdf

1、本文首次以鋯英石為原料，對(duì)其材料化利用進(jìn)行了研究，為實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)的綜合利用開辟一條新途徑。在熱力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，采用碳熱還原（氮化）法制備出ZrO2-SiC和ZrN-Si3N4復(fù)合粉體，探討了其合成機(jī)理；將ZrO2-SiC復(fù)合粉體應(yīng)用于Al2O3-C質(zhì)耐火材料中，研究了其添加量對(duì)耐火材料性能的影響；通過(guò)原位反應(yīng)制備了Al2O3-ZrO2-SiC-C系復(fù)合耐火材料，探討了在剛玉質(zhì)和Al2O3-C質(zhì)耐火材料中原位生成ZrO2-SiC材料的可行性

2、。還以鋯英石、碳黑、氧化鋁微粉和電熔剛玉為原料，成功制各出ZrN-Sialon結(jié)合剛玉復(fù)合材料，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下：
　　 (1)分析了CO(g)、SiO(g)、ZrO(g)、N2(g)和O2(g)等氣相分壓對(duì)Si-C-O、Zr-C-O、Zr-Si-C-O及Si-C-N-O等體系相穩(wěn)定性的影響。
　　 (2)研究了加熱溫度和添加La2O3對(duì)ZrO2-SiC復(fù)合粉體合成過(guò)程的影響，并探討了其合成機(jī)理和La2

3、O3的催化作用機(jī)理。結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)條件下，提高加熱溫度和添加La2O3有利于ZrSiO4的分解及SiC的生成；不添加La2O3時(shí)，適宜的合成溫度為1600℃；當(dāng)添加2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的La2O3時(shí)，其合成溫度降低為1530℃。
　　 (3)以電熔剛玉、天然石墨和酚醛樹脂為原料，自合成ZrO2-SiC和工業(yè)SiC粉體為添加劑制成Al2O3-C質(zhì)耐火材料，研究了添加劑加入量對(duì)耐火材料性能的影響，并分析了添加劑的抗氧化及抗熱震機(jī)理。結(jié)果

4、表明，添加ZrO2-SiC及工業(yè)SiC粉體均有利于降低Al2O3-C質(zhì)耐火材料的顯氣孔率，提高其體積密度和常溫耐壓強(qiáng)度，改善其抗氧化性及抗熱震性。在本實(shí)驗(yàn)條件下，添加6％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZrO2-SiC復(fù)合粉體及工業(yè)SiC粉后，耐火材料的抗氧化和抗熱震性能最佳。
　　 (4)以電熔剛玉、天然石墨、鋯英石及碳黑為原料，利用碳熱還原反應(yīng)在剛玉質(zhì)和Al2O3-C質(zhì)耐火材料中原位合成ZrO2-SiC材料。研究了原料組成、成型壓力及加熱溫度等因

5、索對(duì)材料制備及性能的影響。結(jié)果表明，以電熔剛玉、鋯英石和碳黑為原料，在氬氣氣氛中于1530℃保溫4h可以合成出Al2O3-ZrO2-SiC復(fù)合耐火材料；當(dāng)加入20％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鋯英石和碳黑時(shí)，Al2O3-ZrO2-SiC材料的體積密度為2.58g/cm3。將適量的鋯英石添加到Al2O3-C耐火材料中，于1500℃下保溫4h可以原位合成Al2O3-ZrO2-SiC-C復(fù)合耐火材料；在200MPa壓力下成型于該溫度下合成材料的體積密度為2.

6、73g/cm3，質(zhì)量損失率為7.69％。
　　 (5)研究了原料組成、加熱溫度和保溫時(shí)間等工藝因素對(duì)ZrN-Si3N4復(fù)合粉體合成過(guò)程的影響，并探討了其合成機(jī)理。結(jié)果表明，配料組成中碳黑的含量越大，碳熱還原反應(yīng)進(jìn)行得越完全，但配C量存在一個(gè)最佳值；提高加熱溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間均有利于ZrSiO4的分解及Si3N4和ZrN的生成。綜合考慮，錯(cuò)英石與碳黑的質(zhì)量配比為100/40、1500℃保溫12h是較理想的合成條件。