煤矸石还原氮化合成O’-Sialon及热力学研究

采用拟抛物面规则评估了O’-Sialon、X相的吉布斯生成自由能,并从热力学上分析了O’-Sialon、β-Sialon、X相的合成过程.研究了以中国山西煤矸石为原料,还原氮化合成O’-Sialon的影响因素,包括还原剂(C或者Si)的用量、氮化温度等;结果表明,以金属Si为主要还原剂时O’-Sialon的合成效果较佳,其相对含量最高可以达到80％左右,提高氮化温度有利于O’-Sialon的合成.

碳热还原氮化法合成O′-Sialon粉

以纳米SiO2 ,Al(OH) 3 和碳黑为原料 ,在 14 0 0℃N2 气氛下采用碳热还原氮化法合成出O′ Sialon粉。绘出了 14 0 0℃时体系的优势区域图 ,用XRD分析法测定了产物相组成及相对含量 ,用TEM观察了产物的形貌 ,并用EDX分析法测定了产物中O′ Sialon的Si和Al摩尔比。在此基础上 ,研究了保温时间和添加剂含量对合成过程的影响 ,对合成过程机理进行了探讨。结果表明 :保温 7h ,含 3%添加剂的试样中O′ Sialon含量最高 ,达70 %左右 ,O′ Sialon中z值基本达到 0 .3。添加剂含量的增加有利于Al2 O3 向O′ Sialon中固溶。SiO是碳热还原氮化过程的中间产物 ,SiO的挥发导致体系较大的质量损失和Al2 O3 的残存。保温时间超过 8h ,体系气氛的改变使O′ Sialon分解转化为 β′

O′-sialon-ZrO_2-SiC复合材料的无压烧结合成及其热力学预报

采用拟抛物面规则预报了Ｏ′－ｓｉａｌｏｎ的标准生成Ｇｉｂｂｓ自由能．由无压烧结合成制备了Ｏ′－ｓｉａｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ复合材料．分析了Ｏ′－ｓｉａｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ材料烧结过程中物理化学变化．复合材料的抗折强度随ＳｉＣ含量增加而有所提高．复合材料中Ｏ′－ｓｉａｌｏｎ以柱状形式存在，且相互间构成编织状结构．

O'-Sialon-ZrO_2-SiC复合材料的侵蚀及界面分形研究

研究了O′ Sialon ZrO2 SiC复合材料在不锈钢液中的侵蚀行为。造成侵蚀的原因主要是不锈钢液通过侵蚀通道向材料内部扩散。分形研究表明 ,材料侵蚀界面的分形维数在 1 2 5～ 1 30之间且与侵蚀过程存在相应关系。

TiN/O′-Sialon导电复合材料的制备及其性能

以高钛渣为主要原料经碳热还原氮化法合成出廉价的TiN/O′-Sialon粉体作为原料,常压下烧结制备了TiN/O′- Sialon导电复合材料,利用XRD和SEM对其相组成和显微结构进行了表征,研究了初始原料中TiO_2加入量对材料的致密化、力学性能及常温导电性能的影响．结果表明：烧结产物由O-Sialon和TiN组成．O-Sialon大多呈等轴状,粒度约1—3μm．TiN为细小粒状,粒度多小于0．5μm．初始原料中TiO_2加入量为30%的材料,其体积密度为3．1g/cm^3,硬度为9．2 GPa,抗弯强度为169 MPa．25%左右的TiO_2加入量是决定材料中TiN能否形成导电网络的最低TiO_2加入量,此时材料的电阻率为1．8×10^(-2)Ω·cm．

O’-Sialon-ZrO_2-C系材料抗Al_2O_3沉积性能

研究了O’-Sialon－ZrO2－C系材料的抗Al2O3沉积性能，并与Al2O3-C质材料进行了对比。结果表明：O’－Sialon－ZrO2－C系材料的抗Al2O3沉积性能明显优于Al2O3－C质材料，其抗Al2O3沉积机理主要为浇钢温度下O’－Sialon与钢液中夹杂的Al2O3接触并反应生成了低熔相而被钢水冲刷掉，从而阻碍了Al2O3在材料表面的沉积附着。O’－Sialon－ZrO2－C系材料的抗侵蚀能力随材料中ZrO2含量的提高而增强.

原位复合TiN/O'-sialon在空气中的氧化行为

通过对不同气孔率和TiN含量的原位复合TiN/O′-sialon材料在空气中的氧化行为研究 ,得出了不同材料在不同温度下的氧化结果 ,提出了不同材料在不同温度下的氧化机理和模型 .

粘土还原氮化合成O'-Sialon基复合材料

采用高岭土碳热还原氮化合成O’ Sialon基复合材料。结果表明 ,在一定实验条件下 ,当烧结温度较低时 ( 1 40 0℃ ) ,碳热还原的最终产物为O’ Sialon、Si3N4;烧结温度较高时 ( 1 50 0℃ ) ,最终产物为O’ Sialon、SiC ;温度处于两者之间时 ( 1 450℃ ) ,O’ Sialon、Si3N4、SiC共存。

黄河泥沙非传统资源制备O′-SiAlON/SiC耐火材料

利用黄河泥沙合成O′-SiAlON/SiC复相耐火材料,着重将胶态成型工艺应用到制备过程中,即利用注浆成型工艺制备坯体,使坯体结构更均匀,同时促进最终产物的生成。探索了注浆成型中各工艺参数对坯体性能的影响,利用正交实验对注浆成型工艺参数进行了优化设计,并得到最佳工艺参数,在此工艺条件下制备的坯体密度最高(1.86 g/cm^3)。最终在较低的烧结温度下制备出O′-SiAlON/SiC复相耐火材料,该材料具有相对较高的O′-SiAlON/SiC比及较少的杂质相含量。

O′-Sialon-ZrO_2-SiC复合材料的摩擦磨损性能研究

研究了O′－Sialon－ZrO2－SiC复合材料在室温和600℃的摩擦磨损行为．研究表明，在实验条件下，O′－Sialon－ZrO2－SiC复合材料的磨损率远低于不锈钢的磨损率，O′-Sialon-ZrO2－SiC／不锈钢摩擦副间的磨损机制主要是粘着磨损．分形结果研究表明，分形维数与磨损存在对应关系，即分形维数越大，材料磨损越严重．复合材料磨损界面的分形维数在1．26～1．38之间．

O'-Sialon/BN和O'-Sialon/ZrO_2复合材料抗熔融金属和保护渣侵蚀

研究了 Ｏ＇－Ｓｉａｉｏｎ／ＢＮ和 Ｏ＇－Ｓｉａｌｏｎ／ＺｒＯ２复合材料抗熔融金属和保护法侵蚀．结果表 明：Ｏ＇－Ｓｉａｌｏｎ／ＢＮ复合材料抗钢水侵蚀的动力学分为两段控制：前期为界面化学反应控制，后 期为扩散控制．Ｏ＇－Ｓｉａｌｏｎ／ＺｒＯ２复合材料具有良好的抗保护渣侵蚀性能这是由于ＺｒＯ２在硅酸 盐熔体中的溶解度较低，随着ＺｒＯ２的增加，抑制了Ｏ＇－Ｓｉａｌｏｎ与ＣＯ，以及渣中其他组元的反应， 从而提高了Ｏ＇－Ｓｉａｌｏｎ抗渣的侵蚀性．

人工神经网络在O′-Sialon-BN复合材料设计中的应用

对神经网络和传统模式识别技术的基本原理和应用特点进行比较．根据已有烧结合成O′-Sialon的实验数据，利用改进后的人工神经网络，构筑了材料相组成及性能的预测模块，并与模式识别技术处理得到的结果进行了比较．在此基础上，探索了合成O′-Sialon-BN复合材料的工艺条件，并通过实验结果进行了验证．

天然原料合成O'-Sialon-ZrO_2-SiC复合材料及性能分析

在热力学分析的基础上， 利用天然高岭土、锆英石为原料， 通过引入添加剂、还原氮化的方法直接制备Ｏ′ＳｉａｌｏｎＺｒＯ２ＳｉＣ复合材料。烧结良好的材料， 其室温断裂强度可以达到１１０ ＭＰａ。１５００ ℃时烧结的材料， 其断裂形式以解理断裂为主；１５５０ ℃烧结的材料呈沿晶与穿晶混合断裂形式。

O’-Sialon-ZrO_2-SiC复合材料的抗氧化性能研究

研究了O’ Sialon ZrO2 SiC复合材料的氧化过程。结果表明 ,材料的氧化过程呈保护型氧化 ,材料最终的氧化产物为α 方石英、ZrSiO4 、ZrO2 ,且其氧化动力学过程符合氧化前期、中期。

原位生成O’-SiAlON晶须增强铝碳耐火材料

以板状刚玉、石墨为主要原料,基质部分分别添加3%、5%和7%的O’-SiAlON前驱体混合粉(即β-Si3N4微粉、SiO2微粉和α-Al2O3微粉的混合球磨粉),以酚醛树脂为结合剂制成试样,于200℃烘烤后,在空气中埋(SiO2+C)混合粉,分别于1000℃、1300℃、1500℃保温3h原位合成了含O’-SiAlON晶须的铝碳耐火材料。对烧后试样的物理性能、物相及显微结构进行了分析,并对烧结有重要影响的反应进行了热力学分析。结果表明:埋(SiO2+C)混合粉能有效抑制反应体系中SiO2在高温烧结过程中的分解,从而促进O’-SiAlON晶须的原位生成。1500℃时,含有O’-SiAlON前驱体混合粉的试样原位生成了针状和絮状的O’-SiAlON晶须,这些晶须交织于试样的骨料与基质之间,能显著增强试样的强度;且随着O’-SiAlON前驱体含量的增加,试样的强度逐渐增加。

高钛渣碳热还原氮化合成TiN/O′-Sialon导电陶瓷粉体

以高钛渣、硅灰和高铝矾土熟料为原料,采用碳热还原氮化法合成TiN/O′-Sialon导电陶瓷粉体。利用XRD、SEM和EDS检测手段研究合成温度及恒温时间对粉体相组成和显微形貌的影响,并探讨合成机理。结果表明：随合成温度的升高和恒温时间的延长,产物中O′-Sialon的含量逐渐增加,并在1 375~1 400℃、恒温7 h时成为产物主晶相,此时产物中还有较多TiN和少量β′-Sialon生成。继续提高温度和延长反应时间,体系气氛的改变导致O′-Sialon迅速向β′-Sialon转化。合成粉体中O′-Sialon晶粒多呈等轴状,粒度约2μm,TiN晶粒为细小粒状。此外,反应体系中还有大量白色β′-Sialon晶须状沉积物生成。

TiN/O'-Sialon原位复合材料的抗氧化性能

通过对不同条件下原位复合制备的各种TIN／O′Sialon材料在空气中的氧化行为研究，考查了氧化温度、气孔率和TiW含量对材料抗氧化性能的影响。结果表明：当氧化温度升高到一定值时，通常材料表层会形成致密的“保护膜”，阻碍材料的进一步氧化；材料的气孔率和TIN含量越低，越易形成“保护膜”，反之，越不易形成“保护膜”。当材料的气孔率为30％以上，TiO2添加量为30wt％以上时，即使在更高的氧化温度下也不能形成“保护膜”。

High temperature oxidation behavior of electroconductive TiN/O′-Sialon ceramics prepared from high titania slag-based mixture

The oxidation behavior of electroconductive TiN/O′-Sialon ceramics prepared using high titania slag as main starting material was studied at 1 200-1 300 °C in air. The isothermal and non-isothermal oxidation processes were investigated by DTA-TG. Phase compositions and morphologies of the oxidized products were analyzed by XRD, SEM and EDS. The results indicate that the oxidation of TiN and O′-Sialon occurs at about 500 °C and 1 050 °C, respectively. After oxidation at 1 200-1 300 °C, a protective scale that consists of Fe2MgTi3O10, SiO2 and TiO2 is formed on the surface of the materials, which effectively prevents the oxidation process. The formation of a protective scale is relative to TiN content and apparent porosity of the samples, the amount of SiO2 and amorphous phase in the oxidation product. At the initial oxidation stage, the oxidation kinetics of the materials follows perfectly the linear law with the apparent activation energy of 1.574×105 J/mol, and at the late-mid stage, the oxidation of the samples obeys the parabolic law with the apparent activation energy of 2.693×105 J/mol. With the increase of TiN content, mass gain of the materials increases significantly.

ZrO_2和原位自生TiN复相O′-Sialon的合成机理与表征

通过对TiO2 和ZrO2 在Si3N4 SiO2 Al2 O3体系中的反应过程分析和试验 ,讨论了原位自生TiN/O′ Sialon与ZrO2 /O′ Sialon复相材料的合成机理 。

O’-Sialon-ZrO_2-SiC_(nm)的制备及力学性能

采用热压烧结工艺合成了O’ Sialon -ZrO2 -SiC(nm) 复合材料 ,研究了该复合材料的力学性能及显微结构。结果表明 ,材料抗折强度随温度的变化属Ⅰ类曲线变化规律 ,Sialon、SiC多晶以及晶粒粗大、层状结构SiC的存在可能是导致材料强度不高的主要原因。断口的显微结构研究表明 ,复合材料在室温时的断裂以穿晶断裂为主 ,中。