低碳Al2O3-C耐火材料中β-Sialon形貌結(jié)構(gòu)的調(diào)控及其對力學(xué)性能的影響.pdf

1、以板狀剛玉、石墨、活性α-Al2O3微粉等為主要原料、金屬Al粉和單質(zhì)Si粉為添加劑、酚醛樹脂為結(jié)合劑，制備成低碳Al2O3-C耐火材料。利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、能譜和透射電鏡對試樣的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)進行分析;并對燒后試樣的常溫抗折強度、常溫耐壓強度、載荷位移曲線、彎曲模量、高溫抗折強度、熱震穩(wěn)定性等進行了檢測;研究了溫度和氣氛對低碳Al2O3-C耐火材料陶瓷結(jié)合相和性能的影響。具體研究結(jié)果如下:
　　還原氣氛下，12

2、00℃燒后試樣中有Si3N4晶須、SiC晶須和柱狀A(yù)lN生成;溫度升高到1400℃時，燒后試樣中原位生成的β-Sialon呈晶須狀和二維片狀;1400℃燒后試樣中SiC晶須和β-Sialon相的生成，將常溫耐壓強度提高30.38％達到87.75MPa，將常溫抗折強度和高溫抗折強度分別提高到20.01和15.69MPa，彎曲模量和載荷位移量均提高12％以上。1400℃燒后試樣的熱震穩(wěn)定性改善顯著，常溫耐壓強度損失僅為8.23MPa，強度保

3、持率可提高到89％。
　　埋碳工藝對低碳Al2O3-C耐火材料結(jié)構(gòu)與性能的影響表明，1400℃不同埋碳工藝下燒后試樣中都有SiC晶須生成，其中埋焦炭氣氛下，燒后試樣中有少量的β-Sialon生成，埋混合碳氣氛下，燒后試樣中有大量的β-Sialon生成。SiC晶須和β-Sialon相的生成，使得埋混合碳氣氛下，燒后試樣的性能達到最佳，將常溫抗折強度和常溫耐壓強度分別提高到21.90MPa和74.72MPa，將彎曲模量提高19.6％達

4、到5.36GPa，將載荷位移量提高59.6％達到0.688mm。1400℃埋混合碳氣氛下，燒后試樣的抗熱震性優(yōu)良，三次水冷熱震后殘余耐壓強度損失僅為8.78MPa，強度保持率為88％。
　　改變氮氣分壓，研究不同溫度下氮氣分壓對低碳Al2O3-C材料的顯微結(jié)構(gòu)演變及其性能的影響，對Al-Si-O-C-N體系進行熱力學(xué)計算，可知1200℃當(dāng)?shù)謮捍笥?.21×10-10MP時，SiC和AlN可穩(wěn)定存在。1200℃不同氮分壓下(0.0

5、65MPa、0.11MPa、0.155MPa)，燒后試樣中可原位形成SiC晶須和短柱狀的AlN，隨著氮分壓從0.065MPa升高到0.155MPa，SiC晶須的長徑比增大、生成量增多，AlN的直徑變大。當(dāng)?shù)謮捍笥?.11MPa，1400℃燒后試樣中有β-Sialon生成。溫度升高到1400℃時，AlN物相消失并有二維片狀β-Sialon原位生成，SiC晶須和片狀β-Sialon交織在一起形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)謮涸黾拥?.155MPa，1

6、400℃燒后試樣中原位生成了SiC晶須和二維片狀的β-Sialon，使得材料表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，常溫抗折強度和常溫耐壓強度值分別達到19.3MPa和74.7MPa，彎曲模量和高溫抗折強度分別提高到4.2GPa和13.2MPa，載荷位移量增加了62％達到0.59mm。1400℃氮分壓為0.155MPa時，試樣中原位生成的二維片狀β-Sialon顯著的提高了低碳Al2O3-C耐火材料的熱震穩(wěn)定性，三次水冷熱震后常溫耐壓強度僅下降了6.2MPa