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原位SiC结合刚玉基材料抗氧化与抗侵蚀性研究

谷晓雷

  以矾土基高铝刚玉颗粒为骨料,电熔白刚玉细粉和α-Al_2O_3微粉为基质,将Si引入到刚玉基材料中去,于1450℃埋碳条件下合成了原位SiC结合刚玉基复合材料,研究复合材料的常温物理性能、高温机械性能和抗氧化性,并重点研究其抗侵蚀性。探讨了SiC、SiAlON和Al粉对原位SiC结合刚玉材料组成、结构和性能的影响。结果表明: (1)在刚玉材料中加入Si粉,材料在1450℃保温3h埋碳条件下烧结良好。Si与气氛中的CO和N_2原位反应生成纤维状、粒状SiC和SiAlON等,形成了非氧化物结合,为反应烧结。复合材料具有较高的高温强度和良好的抗热震性,1400℃的高温抗折强度为9~12MPa;△T=1100℃(水冷一次)的残余强度和强度保持率为11~19MPa和35~64%。随Si加入量增加,非氧化物生成量增加,高温抗折强度和抗热震性略有提高。 (2)在加入2~8%Si粉的基础上,再加5%SiC粉和5%β-SiAlON粉可提高材料的高温抗折强度和抗热震性,且加入SiC可明显提高抗热震性,加入β-SiAlON可显著提高高温抗折强度。在加5%Si粉的基础上,加入1~3%的Al粉,试样于1400℃高温抗折强度显著提高(提高至21MPa),且保持了优良的抗热震性。 (3)原位SiC结合刚玉基材料具有良好的抗氧化性,其在1000℃和1500℃下的抗氧化性均随Si加入量的增加而提高,且1500℃的抗氧化性略好于1000℃的。这是由于:在1000℃下,少量非氧化物发生氧化,氧化产物为SiO_2和Al_2O_3;1500℃下,非氧化物先氧化生成SiO_2和Al_2O_3,SiO_2和Al_2O_3进一步反应生成莫来石,并形成莫来石致密层,阻止氧气进入试样内部。在加5%Si粉的基础上加入Al粉,试样1000℃和1500℃的抗氧化性略有提高。 (4)原位SiC结合刚玉基材料对碱度为1.1的高炉渣具有良好的抗侵蚀性(1500℃),侵蚀层厚度≤2.6mm。在加2~8%Si粉的基础上,再加入5%SiC和5%β-SiAlON,材料中非氧化物的量增加,抗侵蚀性明显提高,渣侵蚀厚度最低降至1.0mm左右。在加5%Si粉的基础上,再加入1~3%Al粉,材料的抗侵蚀性略有提高,侵蚀层厚度从2.5mm降至1.9mm。 (5)原位SiC结合刚玉基材料的抗侵蚀机理为:高温下材料基质中的SiC和SiAlON等非氧化物氧化生成SiO_2和Al_2O_3,SiO_2和Al_2O_3与熔渣中CaO与SiO_2以及基质中的Al_2O_3反应生成低熔相钙长石(CAS_2),使材料逐渐被熔蚀;熔渣侵蚀刚玉颗粒时CaO与Al_2O_3反应生成高熔点的CA_6晶体在颗粒表面固定下来,阻挡了进一步侵蚀。侵蚀过程中CaO大量消耗,致使渣粘度增大,削弱了其侵蚀渗透能力。渗透层中仍存在一定量的非氧化物,由于非氧化物难被熔渣润湿,且原位生成的非氧化物填充在气孔里,堵塞了熔渣渗透的主要通道。因此,随Si或Al加入量增加以及外加SiC和SiAlON,材料中非氧化物的量增加,抗侵蚀性明显提高。……   
[关键词]:原位SiC;刚玉基材料;抗氧化性;抗侵蚀性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2009年
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