Al-,2-O-,3--Si系原料在不同氣氛下的高溫反應機理研究.pdf

1、近年來，非氧化物耐火材料成為耐火材料領域研究的熱點，并引領著未來新型耐火材料的發(fā)展方向，而在眾多的非氧化物耐火材料成員中,Sialon耐火材料因其更加優(yōu)異的性能而倍受人們關注。目前，制取Sialon耐火材料的途徑通常有兩種：(一)利用化學原料氮化法合成；(二)利用天然原料碳熱還原氮化法合成。綜合分析以上兩種途徑發(fā)現(xiàn)：所采用的原料一般含有的主要成分是Al2O3和Si。因此，本文首先針對Al2O3-Si系統(tǒng)在純氮氣氣氛和埋碳氣氛下可能進行的

2、反應進行熱力學評估，然后以電熔剛玉和單質硅為原料壓制成試樣，再分別在兩種氣氛中不同溫度點高溫合成，采用XRD分析技術研究制品的物相組成，從而對Al2O3-Si系原料分別在氮氣氣氛和埋碳氣氛合成過程中的物相變化和反應動力學機制進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)： (一)在高純氮氣氣氛下： (1)將試樣經(jīng)過高純氮氣氣氛下高溫反應，除去原料中原有的物相剛玉和Si，主要存在的物相是β-Sialon和Si3N4。 (2)新生物相β-Si

3、alon(Si6-zAlzOzN8-Z.0＜Z＜4.2)中的Z值與溫度和原料配比有關。(3)物相在高純氮氣氣氛下的反應機理是：首先單質硅和電熔剛玉被氮化生成Si3N4和AlN，然后Si3N4和AlN與Al2O3進行固溶反應生成β-Sialon。 (二)在埋碳氣氛下： (1)將試樣在埋碳氣氛下合成，新生成的物相除了主要相SiC和O'-Sialon外，合成溫度在1550度以下還存在SiO2相，1550度以上則存在X-Sial

4、on相。 (2)在埋碳氣氛下的合成機理是：單質硅和氮氣反應生成Si3N4，金屬Si和CO反應生成SiO2和SiC；然后，SiC和Si3N4又分別轉化成Si2N2O；與此同時，Al2O3和Si2N2O固溶合成O'-Sialon。隨著合成溫度的升高，Al2O3會進一步在O'-Sialon相中反應生成X-Sialon相。 (三)比較兩種氣氛下Al2O3-Si系原料合成機理的不同發(fā)現(xiàn)：有CO氣體參與的反應是控制Al2O3-Si系