Al2O3-SiC复相粉对Al2O3-SiC-C材料性能的影响

以电熔白刚玉(3～1、≤1、≤0.044 mm)、Al2O3-SiC复相粉(d50≤5μm)、α-Al2O3微粉(d50=1.2μm)、SiC粉(≤0.044 mm)、鳞片石墨(≤0.088 mm)、Si粉(d50=42.8μm)和B4C(d50≤10μm)为主要原料,热固酚醛树脂为结合剂,研究了分别用4%、8%、12%、16%质量分数的Al2O3-SiC复相粉等比例取代α-Al2O3微粉和SiC细粉对Al2O3-SiC-C试样在180℃固化后和1 000、1 500℃埋焦炭热处理后的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度、高温抗折强度(1 400℃)、抗热震性(1 100℃,水冷)以及抗氧化性(1 000、1 500℃)的影响。结果表明:随Al2O3-SiC复相粉加入量的增加,试样经180℃固化后常温性能下降,1 000℃热处理后常温性能变化不大,1 500℃热处理后除耐压强度显著提高外,其余各项常温性能变化不大;而高温抗折强度下降,抗热震性明显提高,试样经1 500℃氧化后的抗氧化性以加入4%质量分数复相粉的最佳。其原因可能是由于该复相粉的粒度更细,反应活性更高,其氧化层中更易生成莫来石,形成表面致密层从而有效地阻碍氧气向材料内部扩散。

添加Al2O3-SiC复相粉体对高炉用炮泥性能的影响研究

本文以棕刚玉、Si C粉、粘土、蓝晶石粉、焦炭粉、沥青粉和Fe-Si_3N_4为原料,以焦油为结合剂,分别添加不同质量分数(0、2%、5%、10%、15%和20%)的自制Al_2O_3-Si C复相粉体制备得到无水炮泥,并对其体积密度、显气孔率、抗折强度和抗渣性能进行了研究。通过SEM研究了炮泥试样的抗渣侵后产物的显微结构,探讨了不同添加量的Al_2O_3-Si C复相粉体对炮泥性能的影响。研究表明:Al_2O_3-Si C复相粉体的添加量为10%时,制备的炮泥试样抗折性能最好。在还原气氛下,添加Al_2O_3-Si C复相粉体的炮泥具有良好的抗渣性能。

用煤矸石制备Al_2O_3-SiC复相粉体的研究

以煤矸石和碳质材料(工业炭黑、活性炭、无烟煤)为主要原料,在流动氩气中碳热还原制备了A l2O3-SiC复相粉体,研究了碳过量数、碳源、反应温度、保温时间、成型压力、添加剂种类及数量等工艺参数对制备的A l2O3-SiC复相粉体的相组成和显微结构的影响。结果表明,反应温度、保温时间及氯化物添加剂对煤矸石碳热还原反应有显著影响。通过优化工艺,以煤矸石为基料,加入适量炭黑,在1 550℃3 h下制备出了w(A l2O3)=58%、w(SiC)=42%的复相粉体,其粒度d50≤5μm;加入适量添加剂,可降低合成温度50℃。

煤矸石碳热还原制备Al_2O_3-SiC复相粉体的研究

以山西朔州出产的煤矸石为主要原料,以焦炭、无烟煤、炭黑三种碳材料为还原剂,制备Al_2O_3-SiC复相粉体,并详细讨论了煅烧温度、保温时间、还原剂种类及对合成Al_2O_3-SiC粉体的影响。采用XRD和SEM等对合成产物的物相及显微形貌进行分析。XRD结果表明:以焦炭和无烟煤为还原剂,最优的制备参数均为1600℃保温5 h;以炭黑为还原剂,最优的制备参数为1600℃保温4 h。SEM结果表明:以不同还原剂在其对应的最优制备参数下制备的Al_2O_3-SiC粉体产物中,不但Al_2O_3的显微形貌不相同,且Al_2O_3和SiC的结合方式也不相同。其主要原因是煤矸石与炭黑高温反应有气相SiO生产,而它与焦炭、无烟煤反应则是液相SiO_2生成,高温反应历程不同。

β-Sialon-Al_2O_3-SiC系复相材料的研制和性能

研究了在 15 0 0℃的流动氮气中 ,用Al粉、Si粉、Al2 O3粉、刚玉和SiC的颗粒及细粉直接制备 β Sialon -Al2 O3-SiC系复相材料的氮化烧结技术。XRD和SEM分析表明 ,结合相 β Sialon的显微形貌随刚玉量的增加由纤维状向棱柱状转变 ,发育良好。复相材料的高温抗折强度高于常温抗折强度。抗热震试验结果显示 :添加适量的刚玉对β Sialon -SiC复相材料和添加适量的SiC对β Sialon -刚玉 复相材料都具有良好的增韧效果 ,这是β Sialon的纤维增强及柱状晶体原位自补强增韧和复合弥散相增韧综合作用的结果。抗碱和抗高炉渣试验均显示了该复相材料优良的抗碱和抗铁渣侵蚀能力。

热处理温度对Al_2O_3-SiC-Al复合材料性能和结构的影响

利用金属Al在高温下转化成Al和Al2O3的三维骨架来结合Al2O3-SiC复合材料,并借助XRD、EPMA等方法对Al2O3-SiC-Al复合材料性能和显微结构进行了研究。结果表明:(1)试样在空气中进行热处理,试样的强度随着热处理温度的升高逐渐增强,Al的含量逐渐降低,但1600℃热处理后试样仍有少量Al存在。(2)试样的结合方式随着热处理温度的升高而发生改变,当温度低于500℃时,为结合剂的物理结合;试样中金属Al熔化但未发生大规模氧化时,其结合主要为金属结合和少量的陶瓷结合;随着热处理温度的升高,陶瓷结合比例逐渐增大,试样的强度迅速增大,并在1100℃几乎完全转化为Al2O3陶瓷结合,试样的强度达到最大;但热处理温度为1600℃,界面反应强烈,试样的强度下降。

ZrO_2-SiC复合材料的合成及其添加对Al_2O_3-C质耐火材料抗氧化性能的影响

以锆英石和碳黑为原料,利用碳热还原反应在氩气气氛下合成了ZrO_2-SiC复合材料,并将其添加到Al_2O_3-C质耐火材料中.研究了加热温度对ZrO_2-SiC复合材料合成的影响以及添加ZrO_2-SiC对耐火材料抗氧化性能的影响.采用XRD分析合成材料的相组成,利用SEM观察材料的显微结构.研究表明,提高加热温度有利于ZrO_2-SiC复合材料的合成,在本实验条件下合成该材料的适宜温度为1873K.通过添加合成的复合材料,明显改善了Al_2O_3-C质耐火材料的抗氧化性能,且当添加6%(ZrO_2-SiC)复合材料时,耐火材料的抗氧化性能最佳.

Al_2O_3-SiC复相陶瓷凝胶注模成型工艺因素的研究

研究了凝胶注模成型的各种工艺因素对Al2O3-SiC复相陶瓷悬浮体的黏度和固化时间的影响。结果表明：控制溶液的pH值为7～8时，采用2％（wB）的ADS1分散剂，可制备出固相体积分数为60％，黏度为640mPa·s的悬浮体；随成型温度的升高，悬浮体的固化时间逐渐缩短；随着引发剂尤其是催化剂加入量的增加，悬浮体的固化时间明显缩短。

添加La2O3对粉煤灰合成Al2O3-SiC复合粉体的影响

以粉煤灰和活性炭为原料,通过碳热还原反应在Ar气氛下合成Al_2O_3-SiC粉体,探究了一条低成本合成Al_2O_3-SiC粉体的可行途径。研究了添加La_2O_3对合成过程的影响。采用XRD和SEM表征了材料的物相组成和显微形貌。结果表明:当粉煤灰与活性炭质量比为100∶44,在1 550℃下保温5h,添加6%(质量分数)的La_2O_3时,可合成性能良好的Al_2O_3-SiC粉体,颗粒分布均匀,平均粒径为0.5~1μm,较不添加La_2O_3合成温度降低约50℃。

Al_2O_3-SiC纳米复合陶瓷的准分子激光表面改性

采用 Xe Cl准分子激光器 (波长 3 0 8nm)照射 Al2 O3 -Si C纳米复合陶瓷试样 ,能量密度在 0 .8～ 6.0 J/ cm2 范围内。照射后 ,表面缺陷消除 ,形成连续分布的光滑平整的熔化层 ,并出现亚稳相 γ-Al2 O3 。由于表面形貌的改善和结构的变化 ,使表面韧性 K1c得到提高。

烧结温度对Al_2O_3-SiC复合陶瓷力学性能的影响

以Al2O3和SiC为原料,利用热压烧结法制备了Al2O3-SiC复合陶瓷.采用三点弯曲法、单边切口梁法等手段和SEM方法分别测定和分析了该复合陶瓷的抗弯强度、断裂韧性、致密度和断口形貌.结果表明,Al2O3-SiC10wt%复合陶瓷的致密度随热压烧结温度的提高而逐渐提高,最高可达98.42%;抗弯强度随烧结温度的升高而呈上升趋势,在1 800℃时抗弯强度最大为623MPa;断裂韧性明显的是随温度的升高加强,特别是在1 850℃烧结时达到最高值7.9MPa.m1/2.材料的断裂方式主要为沿晶断裂,随着烧结温度升高,穿晶断裂所占的比例增大.

热压烧结Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷的高温力学性能研究

为提高Al2O3陶瓷的高温力学性能,采用热压烧结工艺(烧结温度1 800℃,烧结压力20 MPa,保温1 h)制备了Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷(简称AZS),并研究了ZrB2含量对Al2O3基陶瓷高温抗折强度和抗热震性的影响。结果表明:1)在Al2O3基陶瓷中加入第二相ZrB2能有效改善材料的高温抗折强度和高温强度保持率,在1 000和1 200℃时,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温抗折强度,而加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温强度保持率。2)AZS陶瓷的抗热震性能优于纯Al2O3陶瓷。经100℃温差急冷后,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷具有最高的残余强度,比纯Al2O3陶瓷提高了17.2%;经300和500℃温差急冷后,加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷都具有最高的残余强度,比Al2O3陶瓷分别提高了35.3%和20.9%。

Al_2O_3-Si_3N_4-SiC复合材料的抗高炉渣和碱蒸气侵蚀性能

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在空气气氛下制备试样。采用静态坩埚法测试试样的抗渣和抗碱侵蚀性能。采用XRD、SEM和EDS等检测方法,研究了高炉渣和碱蒸气对试样的侵蚀机制。结果表明:(1)A l2O3-Si3N4-SiC复合材料的抗炉渣侵蚀性较好,抗碱侵蚀性较差。渣侵蚀主要是由于基质中的A l2O3与渣中的SiO2、CaO反应生成低熔点玻璃相,导致渣在试样内部渗透并反应;刚玉颗粒与渣中的MgO反应生成镁铝尖晶石,并伴随有体积膨胀,使其表层结构疏松。(2)碱蒸气侵蚀主要是K(g)在试样内扩散得比较深,并与基质中的A l2O3反应生成钾长石类矿物晶体;而刚玉颗粒与K(g)反应,导致刚玉颗粒内部产生大量裂缝,K(g)沿裂缝进入并与刚玉反应生成β-A l2O3,使刚玉颗粒表面剥落,露出新的表面与K(g)反应,最终导致刚玉颗粒的熔蚀。但复合材料中SiC质量分数大于10%时,能有效抵制K(g)的侵蚀。

Al_2O_3-SiC复合涂层的制备及性能研究

采用大气等离子喷涂方法制备了不同SiC晶须含量的Al_2O_3-SiC复合涂层,研究了晶须含量对涂层的微观结构、硬度和弹性模量等的影响。结果表明:随着喷涂粉末中SiC晶须的含量增大,Al_2O_3-SiC复合涂层的孔隙率增加,而涂层的显微硬度降低。随着与涂层/基体结合面距离的增加,涂层的显微硬度呈现先增加后降低的趋势。纳米压痕的测试表明,随压痕深度增加,涂层的弹性模量先增大后降低,最后趋于稳定。在现有的研究范围内,SiC晶须含量为10%的复合涂层的韧性优于5%和15%的复合涂层。

ZrB_2对Al_2O_3-ZrB_2-SiC复相陶瓷室温力学性能影响

Al2O3陶瓷具有优异的室温和高温性能,但其脆性大,断裂韧性较低,限制了其应用。采用热压烧结工艺制备了应用于不同环境的Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷(简称AZS),主要研究不同含量的ZrB2对Al2O3-SiC基陶瓷性能的影响。力学性能研究发现,当Al2O3陶瓷中ZrB2和SiC的体积百分比分别为20%和5%时,AZS3陶瓷具有最高的强度和韧性,分别为508.5MPa和6.65MPa.m1/2,相比纯氧化铝陶瓷的468.6MPa和5.56 MPa.m1/2提高了8.5%和19.6%。

碳热还原法制备Al_2O_3-SiC复相陶瓷材料的研究

以黏土为原料,无烟煤为还原剂,研究了碳热还原反应制备Al2O3-SiC复相陶瓷材料的反应过程,探讨了合成温度(分别为1 500、1 550、1 600和1 650℃)、保温时间(依次为2、3和4 h)、配碳量(C与SiO2物质的量比分别为2、3、4和5)等工艺因素以及加入催化剂对反应的影响。结果表明:当n(C):n(SiO2)=3～4,在不低于1 600℃烧成时可以合成Al2O3-SiC复相陶瓷;随着还原反应温度的升高,保温时间的延长,配碳量的适量增加,都可以有效地促进反应进行,而且,催化剂对该碳热还原反应有一定的促进作用。

纳米Al_2O_3对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔致密刚玉、碳化硅、沥青等为主要原料,研究了加入纳米Al_2O_3对Alpha-bond结合的Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响。随着细粉预混法引入的纳米Al_2O_3的增加,流动值相近时,浇注料加水量有所增加,常温抗折强度和耐压强度变化趋势不明显;高温抗折强度在纳米Al_2O_3加入量为0.5%(质量分数,下同)时最高,提高幅度为4%,但随着加入量的继续增加,呈降低趋势。静态坩埚抗渣实验表明:含纳米Al_2O_3的浇注料,其抗渣侵蚀性没有得到改善;在加入1.0%纳米Al_2O_3时,抗渣渗透性得到提高。引入的纳米Al_2O_3使得材料在高温处理后更易生成莫来石相。

纳米/微米Al_2O_3-ZrO_2内衬复相陶瓷的自蔓延高温合成

采用SHS重力分离技术制备出内衬Al2 O3 ZrO2 复相陶瓷。复相陶瓷基体主要由纤维状 (Al2 O3 +ZrO2 )共晶体组成 ,其中共晶体的ZrO2 纤维直径达到纳米 /微米尺度。经Vickers压痕法测试其断裂韧度为1 5 96MPa·m1 / 2 ,SEM观察和陶瓷材料断裂韧度测试得出裂纹的扩展主要受共晶体中Al2 O3 ZrO2 纳米 /微米相增韧机制控制 ,迫使裂纹沿共晶体边界或层片共晶体Al2 O3 ZrO2 相界偏转 。

ZrO_2—Al_2O_3复相陶瓷的研究

以纳米ZrO 、微米Al O 为原料,采用无压烧结方式制备了ZTA 复相陶瓷。结果表明:nano-ZrO 的 2 2 3 2加入有利于制备细晶ZTA 复相陶瓷。此外,nano-ZrO 的加入对 Al O 陶瓷的显微结构也产生影响,ZrO 颗粒以 2 2 3 2“晶内型”和晶界型两种形式存在。合理的配方组成及制备工艺有利于 Z r O 以四方亚稳相存在。Z r O 含量为 2 23 0 w t % 时,其四方相含量可达 6 9 %,有利于应力诱导相变增韧,该 Z T A 复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性分别达到 604MPa、6.87MPa·m1/2。

B_4C加入量对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响

以电熔棕刚玉为骨料,碳化硅、白刚玉、硅粉、球沥青、硅微粉、氧化铝微粉及高铝水泥为细粉,按大颗粒、中颗粒、细粉的质量比为55∶15∶30配料,分别外加0、0.2%、0.4%、0.6%的碳化硼细粉,加水和少量减水剂共混后,振动成型为160 mm×40 mm×40 mm的试样。自然干燥24 h脱模后,再自然干燥24 h,在空气气氛中分别于800、1 000、1 200、1 550℃下热处理3 h。检测各温度热处理后试样的线变化率、显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度以及抗氧化性,高温抗折强度是在空气气氛中于1 400℃0.5 h进行检测,并利用XRD分析部分试样经高温抗折试验后的物相组成。结果表明:由于B4C在较低温度下氧化产生少量液相,一方面促进了材料的烧结,增大了中温强度;另一方面在材料表面形成防氧化膜,阻碍了炭素材料的氧化,利于次生β-SiC的形成,因而增大了浇注料的高温抗折强度。在本试验条件下,B4C加入量为0.4%时,浇注料的力学性能最好。