有机硅树脂对不烧铝碳滑板中温性能的影响研究

通过在酚醛树脂中添加有机硅树脂作为复合结合剂,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对不烧铝碳滑板的物相、形貌和微区成分进行分析,研究了有机硅树脂的加入对不烧铝碳滑板中温性能的影响。研究结果表明:有机硅树脂能有效减小不烧铝碳滑板的体积密度与显气孔率波动,添加1%有机硅树脂时不烧铝碳滑板具有较好的综合性能;酚醛树脂在600℃时已基本脱氢碳化,有机硅树脂在600℃下仍具有较高的结合强度,可以有效防止不烧铝碳滑板中温强度低谷的出现;有机硅树脂可以促进不烧铝碳滑板在中温条件下晶须的生成,对不烧铝碳滑板的中温性能起积极作用。

铝碳质浸入式水口氧化铝结瘤机理的研究

分析了实际使用后的铝碳质浸入式水口的结瘤情况 ,对氧化铝结瘤机理提出了新的看法 ,为研究抗氧化铝结瘤的新方法和新材料提供了一定的理论和实验基础。

耐超高温SiC(Al)纤维先驱体——聚铝碳硅烷纤维的研究

以聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮铝(Al(AcAc)3)为原料,在常压高温条件下反应制备出聚铝碳硅烷(PACS),经过熔融纺丝制备了PACS纤维.应用GPC、IR、XPS、29Si-NMR、27Al-NMR、TG、SEM、元素分析和增重等一系列分析,分别对PACS纤维的微观组成、结构以及性能进行了分析.研究结果表明,以原料质量配比为6∶100(Al(AcAc)3∶PSCS)合成的PACS化学式为SiC2.0H7.5O0.13Al0.018,数均分子量为1700左右,最适宜制备PACS纤维;PACS纤维中主要存在SiC4、SiC3H等结构,同时存在Si—O—Al键;在氮气气氛中,PACS纤维的陶瓷产率达到52%左右;预氧化处理,PACS纤维中Si—H键与空气中的氧反应形成Si—O—Si交联结构,较聚碳硅烷(PCS)纤维易于氧化,经过预氧化的PACS纤维陶瓷产率达到80%左右,是制备耐超高温SiC(Al)陶瓷纤维的合适纤维;用预氧化PACS纤维制备的SiC(OAl)纤维和SiC(Al)纤维抗拉强度高,耐高温性能好.

含氮铝碳质滑动水口生产与使用

介绍含氮铝碳质滑动水口的生产过程 ,报道了其在武汉钢铁 (集团 )

SiC(Al)陶瓷纤维先驱体聚铝碳硅烷的合成与表征

利用聚二甲基硅烷(PDMS)热解聚合的液相产物聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮铝(Al(AcAc)3)反应制备了SiC(Al)陶瓷纤维的先驱体聚铝碳硅烷(PACS)。选用PSCS为原料消除了Al(AcAc)3在合成反应过程中出现的升华现象。合成的PACS化学式为:SiC2.0H7.6O0.13Al0.018,数均分子量Mn=2265。研究反应过程发现PSCS发生裂解重排反应,Si-H键在反应中显示出巨大的活性,反应时伴随有乙酰丙酮气相副产物产生。反应机理研究表明,PACS分子量的增加是PSCS形成的Si-H键与Al(AcAc)3的配位基发生交联反应形成Si-Al键的结果。

钛铝碳的高速摩擦特性及摩擦氧化行为

研究了高纯度致密的多晶Ti3AlC2块体材料对低碳钢的干滑动摩擦、磨损特性及摩擦表面的氧化行为。实验在盘–块式高速摩擦试验机上进行,滑动速度为20～60m/s,法向压强为0.2～0.8MPa。结果表明:随着滑动速度的提高,摩擦系数减小,Ti3AlC2的磨损率增大。法向压强的增大导致Ti3AlC2磨损率增大,但对摩擦系数的影响较小。在60m/s和0.8MPa下,摩擦系数仅为0.1左右,而Ti3AlC2的磨损率仅为2.5×10–6mm3/(N·m)左右。如此低的摩擦系数和磨损率归因于Ti3AlC2表面摩擦氧化薄膜的存在。该薄膜由非晶态的Ti,Al和Fe的混合氧化物组成,具有良好的润滑–减磨作用。

熔融制样X射线荧光光谱法分析铝碳质耐火材料中的多种组分

采用混合氧化剂氧化熔融制样,建立了X射线荧光光谱分析铝碳质耐火材料中的Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、Cr2O3、TiO2等组分的方法,讨论了混合氧化剂配比、氧化时间、熔剂及稀释比、脱模剂、灼烧减量等因素对制样及分析结果的影响。通过正交试验确定预氧化条件为:Na2O2加入量与试样量比为4∶1、NaNO3加入量与试样量比为2∶1,预氧化时间为90min;使用四硼酸锂偏硼酸锂混合熔剂(质量比67∶33)做熔剂,稀释比30∶1,碘化铵做脱模剂,熔制出的熔片效果最理想;对于存在较大灼烧减量的样品,可先灼烧后测定,并通过灼烧减量值和测定值计算得出较为理想的结果。经验证,该法分析精密度较好,各组分相对标准偏差(n=9)在0.29%～2.9%之间,分析结果与化学值能够很好的吻合。

采用聚硅碳硅烷与乙酰丙酮铝合成聚铝碳硅烷的机理

聚铝碳硅烷是耐超高温Si—Al—C纤维的先驱体.为了制备合适的先驱体,采用聚硅碳硅烷与乙酰丙酮铝反应合成聚铝碳硅烷,并对其反应机理进行了详细的研究.其中聚硅碳硅烷是含有Si—Si—Si和Si—C—Si的低聚物.通过在反应过程中从反应体系中抽取样品,并采用FTIR、GPC、1H-NMR、27Al-NMR和紫外可见光谱对反应过程进行追踪分析.结果表明:反应过程中存在Si—Si—Si向Si—C—Si转化的Kumada重排反应;乙酰丙酮铝的交联作用使得聚铝碳硅烷的相对分子质量和支化度大大提高,乙酰丙酮铝的反应主要发生在330℃以下和400℃以上,反应产物中Al以Si—O—Al结构存在.

SiC陶瓷先驱体聚铝碳硅烷的合成及其陶瓷化

聚硅碳硅烷(polysilacarbosilane,PSCS)与乙酰丙酮铝[Al(AcAc)3]反应制备了含铝SiC陶瓷的先驱体聚铝碳硅烷(polyaluminocarbosilane,PACS),化学式为SiC2.01H7.66O0.13Al0.018,相对分子质量Mr=2265。PACS中主要存在如下结构:—Si(CH3)2—CH2—,—Si(CH3)·(H)—CH2—。PACS在N2气中的陶瓷化表明:600℃以下PACS是有机状态;900℃时,PACS中C—H,Si—CH3结构消失,PACS基本完成了无机化;1300℃左右PACS完全脱H,真正完成了无机化,转化为SiC陶瓷。1300℃以下陶瓷化产物的X射线衍射线很宽,产物为不定型结构。1500℃以上的陶瓷化产物为结晶度较高的SiC陶瓷。

含铝碳化硅纤维耐高温性能

通过合成陶瓷纤维先驱体聚铝碳硅烷,制备了具有耐高温性能的含铝碳化硅SiC(Al)纤维。SiC(Al)纤维的化学组成为SiC1.15O0.026·Al0.013,主要结构是平均晶粒为95nm的βSiC,O和游离C含量均大大低于nicalon纤维,同时含有微量的Al和少量的αSiC。SiC(Al)纤维的平均直径为13μm,平均抗拉强度为2.3GPa。1400℃氩气中处理1h后,抗拉强度是原始强度的95%以上;1800℃氩气中处理1h后,抗拉强度保留率为71%。纤维的高温稳定性高于nicalon,Hi nicalon等商品SiC纤维,但低于TyrannoSA商品SiC纤维,并且SiC(Al)纤维的高温抗蠕变性能明显高于nicalon纤维。SiC(Al)纤维的高温稳定性取决于其低氧含量、低富碳含量以及异元素Al的助烧结和在高温下抑制SiC晶粒长大的作用,良好的抗蠕变性能决定于其高结晶度和低含量的SiCxOy相。

金属Al-Si复合不烧铝碳滑板材料的热机械性能及显微结构

研究了金属Al-Si复合不烧铝碳滑板材料的热态抗折强度、弯曲应力-应变关系和抗热震性,并利用XRD、SEM和EDAX对其物相组成和显微结构进行了分析。结果表明:(1)材料的热态抗折强度很高,在1200～1400℃时达到50MPa以上;(2)材料从400℃开始到1400℃一直保持塑性状态,在1400℃仍没有进入粘滞流动阶段,只是在800℃以上变形量有所增加;(3)材料具有良好的抗热震性,在经受ΔT为1000～1200℃的一次热震后,其残余抗折强度均>30MPa,其抗折强度保持率仍为70%左右;(4)材料热机械性能优良的基本原因在于加入的金属Al和Si发生碳化和氮化等反应原位生成了非氧化物增强相,其显微结构特征从以碳结合为主转化为以非氧化物结合为主。

聚铝碳硅烷纤维预氧化过程组成结构演变的研究

采用热重-差热分析、元素分析、扫描电子显微镜、凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振等手段,研究了聚铝碳硅烷(PACS)纤维预氧化过程中组成、结构演变的规律和反应机理.结果表明,空气中PACS纤维从210℃左右开始与氧发生放热反应;随着预氧化温度的升高,纤维的氧含量逐渐增加,凝胶含量在氧增重为6～8wt%时急剧增加,纤维表面出现细小的微裂纹.预氧化初期,主要是Si—H键与氧的反应,生成Si—O—Si键,纤维的数均分子量急剧增加,形成交联结构;预氧化中期,Si—H键继续反应,Si—O—Si结构明显增多,同时Si—CH3和Si—H与氧反应,生成少量的Si—O—C结构;预氧化后期,纤维完全交联,纤维中存在SiC4,SiC3H,Si—O—Si和少量的Si—O—C结构.

加入β-SiAlON对铝碳质材料性能的影响

以白刚玉、熔融石英(≤0.5mm)为骨料,鳞片石墨(≤0.15mm)、白刚玉(≤0.088mm和≤0.045mm)、矾土基β-SiAlON(≤0.088mm)以及添加剂为基质料,酚醛树脂作结合剂,在骨料与基质的质量比为35∶65的基础上,分别用0、7%、14%、21%、28%的矾土基β-SiAlON取代铝碳质材料中的石墨,经等静压成型后,试样于180℃固化24h,并在埋炭条件下于930℃热处理,研究了β-SiAlON加入量对处理后试样常温物理性能、抗氧化性、高温机械性能和抗热震性的影响。结果表明:(1)随着β-SiAlON加入量的增加,试样的显气孔率显著上升,体积密度降低,常温和高温抗折强度下降,抗氧化能力变差;(2)与原铝碳材料相比,加β-SiAlON的试样抗热震性均有所降低,但仍保持了良好的抗热震性,在1100℃热震温差下水冷3次和5次后的强度保持率均在90%和75%以上;(3)从降低C含量的角度考虑,在不显著降低铝碳材料性能的情况下,β-SiAlON加入量以7%左右较为适宜,此时试样仍具有较好的抗氧化性和高温抗折强度。

基于液态聚碳硅烷的聚铝碳硅烷的合成与表征

采用液态聚碳硅烷与乙酰丙酮铝在常压下反应合成了具有不同铝含量的聚铝碳硅烷(PACS),由于不需要循环回流过程,因此该方法简单方便,安全性高.在与合成聚铝碳硅烷相同的条件下,对单纯的液态聚碳硅烷原料进行保温处理,所得产物的分析表征结果显示,该原料在反应条件下基本保持稳定,不会自聚或者裂解.不同铝含量的聚铝碳硅烷的元素分析结果表明,随着乙酰丙酮铝加入量的增加,聚铝碳硅烷中的铝含量增加,同时氧含量增加,氢含量减少,且乙酰丙酮铝中的铝元素几乎全部引入到液态聚碳硅烷中.GPC分析结果显示,随着铝含量的增大,PACS的数均分子量增大,分子量分布变宽.红外光谱和核磁共振波谱分析结果表明,液态聚碳硅烷与乙酰丙酮铝的反应主要以消耗Si—H键的方式进行,铝元素以AlO4,AlO5和AlO63种配位形式存在,同时形成Si—O—Al交联键,使得聚铝碳硅烷的分子量增大,分子量分布变宽.

Si粉和Al粉对N_2保护热处理铝碳材料性能和显微结构的影响

为改善含碳材料埋炭保护热处理时的操作条件,并为提高含碳材料性能开辟新的途径,对添加Si粉或Al粉的铝碳材料在N2气氛中1200℃热处理5h,测定试样热处理前后的质量变化率、抗折强度、体积密度、显气孔率、抗热震性、热膨胀系数和抗氧化指数,并用扫描电镜和XRD分析试样的显微结构和物相组成。结果发现,采用N2保护热处理工艺同埋炭热处理工艺一样可防止碳氧化,使铝碳材料形成碳结合并具有较好的性能指标。与添加Si粉的试样相比,添加Al粉的试样在热处理后具有较高的高温强度和较低的热膨胀系数;反应生成的Al2OC和AlN有益于材料抗热震性能和强度的提高,并减轻了其在埋炭保护热处理后由于生成Al4C3而产生的严重水化现象。部分Si粉与气氛反应生成纤维状的βSiC、SixN和粒状的Si2N2O,它们对铝碳材料具有明显的增强作用。

合成聚铝碳硅烷研究

采用低分子量聚硅碳硅烷(polysilacarbosilane,PSCS)与乙酰丙酮铝(aluminum acetylacetonate,Al(AcAc)_3)在常压下反应来制备PACS。通过对不同阶段反应时间的调整,提高了数均分子量,得到了支化度低的Si-Al-C纤维的先驱体。研究表明,铝引入主要发生在第一阶段,延长第一阶段的反应时间有利于提高铝的保留率。Al(AcAc)_3的用量对Si-H含量有重要影响,随着其用量的增加,Si-H含量呈线性减小。

加入碳纤维对铝碳耐火材料性能及显微结构的影响

为了提高铝碳耐火材料的性能，以电熔白刚玉（3～1、≤1mm）为骨料，电熔白刚玉（≤0．074mm）、鳞片石墨（≤0．15mm）为基质，Si粉为抗氧化剂，热固性酚醛树脂为结合剂，碳纤维为添加剂，制成铝碳耐火材料，研究了碳纤维添加量对相组成、显微结构、常温物理性能、高温抗折强度和抗氧化性能的影响。结果表明：1）经220℃处理后，碳纤维与树脂结合紧密；1100℃处理后，碳纤维与树脂之间存在一定的间隙，碳纤维表面未蚀变，但其表面有少量碳化硅晶须生成；l400℃处理后，碳纤维表面发生蚀变，形成C-Si系物质，同时其表面形成大量碳化硅晶须；2）碳纤维在不显著改变铝碳耐火材料显气孔率和体积密度的基础上，能显著提高试样经220℃和1400℃处理后的常温耐压强度和抗折强度及1400℃下的高温抗折强度；3）碳纤维的加入使铝碳耐火材料抗氧化性能下降。

聚铝碳硅烷不熔化纤维中氧含量的调节

氧含量是SiAlCO纤维在1700℃以上烧结致密化,并得到近化学计量比元素组成的关键因素,而氧元素主要来源于前驱体聚铝碳硅烷（PACS）纤维的不熔化过程.本文采用一种新的不熔化方法,以预氧化-热交联的方式对PACS纤维进行不熔化处理,实现了热解后所得SiAlCO纤维中氧含量在10%~13%（质量分数）范围内可调节.为保证PACS纤维在热交联过程中不熔融,其最低预氧化条件为190℃下保温4h,对应氧引入量为7.87%,预氧化纤维在惰性气氛下450℃保温2h,可实现不熔化.通过凝胶液相色谱（GPC）、红外光谱（IR）及热重-质谱联用（TG-MS）等方法研究预氧化和热交联过程,结果表明,预氧化过程主要是Si—H氧化生成Si—OH,部分Si—OH相互缩聚,在分子间形成Si—O—Si,使PACS数均分子量提高.热交联分为2个阶段,300℃以下主要是残留的Si—OH之间形成Si—O—Si交联结构;300~450℃主要发生Si—H与Si—CH3之间脱H2的缩聚反应,形成Si—CH2—Si交联结构.

二茂铁的加入对铝碳耐火材料性能的影响

研究了二茂铁加入铝碳耐火材料中后,铝碳耐火材料性能的变化。与仅添加Si和Al试样的性能相比,添加二茂铁的试样的强度,抗氧化性明显增大,且二茂铁的含量为1%～3%左右时,复合添加Si、Al和二茂铁的试样的强度及抗氧化性均有较大提高。