氮化硅铁—刚玉复合耐火材料的结构与性能研究
发布时间：2022-01-15 02:59
本文研究了氮化硅铁（Fe3Si-Si3N4）-刚玉复合耐火材料的结构与性能,系统地研究了 Fe3Si-Si3N4-A12O3体系中的物相、结构演变与反应机理,研究了其中高性能非氧化增强相A1ON、β-SiAlON、15R-SiA1ON的形成与增强机理,并探索了氮化硅铁-刚玉复合耐火材料的高温应用可能性与工业化推广的可行性。对氮化硅铁原料的研究表明,高温条件下氮化硅铁稳定性降低。在1500-1600 ℃流动氮气气氛中,氮化硅铁中的主要物相Fe3Si与Si3N4相互作用,Fe3Si导致Si3N4稳定性下降,Si3N4在Fe-Si液相中反复分解-氮化,伴随着Fe3Si的液相烧结效果,氮化硅铁的强度可提高364 MPa。当存在碳源时,Fe3Si促进CO沉积为C,游离C与Si3N4分解出的单质Si反应,迅速形成小颗粒状的SiC,导致强度大幅下降;同时Fe3Si的液相烧结作用被削弱,导致材料失去强度。研究了树脂结合刚玉耐火材料作为基础材料的高温行为,结果表明:在1500-1800 ℃下,来自树脂结合剂的少量树脂残碳A1203发生碳热还原氮化反应,原位形成AlON增强相。随着温度升高,A1ON物相为...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１氮化硅铁：⑷Ｆｅ３Ｓｉ和Ｓｉ３Ｎ４在结构中的分布；（ｂ）柱状和纤维状的Ｓｉ３Ｎ４ｌ３３ｌ??
??如图２－１所示，氮化硅铁中的Ｓｉ３Ｎ４呈六棱柱状或者纤维状，这两种长径??比很大的形貌在微观下交织构成网络结构；含Ｆｅ的物相在背散射观察下呈亮??白色，分布在Ｓｉ３Ｎ４的网络结构中；这种结构使得氮化硅铁呈现气孔多、强度??高的性能特征。总体而言，氮化硅铁是一种复合材料，兼具Ｓｉ３Ｎ４无机材料和??Ｆｅ－Ｓｉ合金的性质与特点。??（１）
ｌａｔｍＮ２）分解。Ｐａｓｔｏ［４５］的研究表明，金属元素尤其是Ｆｅ的出现，与Ｓｉ??形成化合物，导致Ｓｉ的活性降低，通过反应平衡计算，导致氮化硅在１８８０?°Ｃ??时需要３０倍氮气压力才能稳定，如图２－３所示；其研宄认为当温度高于１８００°Ｃ??时，Ｆｅ促进Ｓｉ３Ｎ４的分解，形成Ｆｅ－Ｓｉ合金液相与氮气，并且使得材料出现气孔，??烧结速率降低。Ｈｅｉｋｉｎｈｅｉｍｏ［４６］采用扩散偶在１１００－１１５０?°（：测试了Ｆｅ与Ｓｉ３Ｎ４之??间的扩散反应，发现Ｆｅ导致Ｓｉ３Ｎ４分解，反应形成了Ｆｅ－Ｓｉ合金，分解出的氮气??通过气孔和金属排出。这表明Ｆｅ容易与Ｓｉ结合形成Ｆｅ－Ｓｉ合金，从而导致Ｓｉ３Ｎ４??不稳定。但是当形成Ｆｅ－Ｓｉ合金后，Ｆｅ－Ｓｉ合金对于Ｓｉ３Ｎ４稳定性的后续影响鲜有??研宄报导，其作用机理尚不明确。因此对于氮化硅铁而言，其在较高温度下??内部结构的物相与结构转变有待进一步深入探宄。??此外，Ｆｅ－Ｓｉ合金影响Ｓｉ３Ｎ４的致密化烧结。Ｗｈａｌｅｎ［４７】研究了Ｆｅ－Ｓｉ合金在??Ｓｉ３Ｎ４上的润湿性，结果表明Ｆｅ－Ｓｉ液相在Ｓｉ３Ｎ４上润湿角小于９０°，在热压烧结??的Ｓｉ３Ｎ４上润湿性良好
【参考文献】：
期刊论文
[1]Reaction mechanism for in-situ β-Si Al ON formation in Fe3Si–Si3N4–Al2O3 composites[J]. Hai-xia Qin,Yong Li,Li-xiong Bai,Meng-long Long,Wen-dong Xue,Jun-hong Chen. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(03)
[2]氮化硅铁的性能、制备及其在耐火材料中的应用[J]. 赵瑞,张子英,刘爱红. 耐火材料. 2015(01)
[3]氮化硅铁、亚白刚玉和硅微粉加入量对ASC砖性能的影响[J]. 王跃,陈俊红,李勇,薛文东,孙加林. 耐火材料. 2011(03)
[4]Fe3Si金属间化合物高温抗氧化性能研究[J]. 周琦,贾建刚,赵红顺,刘建军,吴海涛. 航空材料学报. 2011(02)
[5]闪速燃烧合成的Fe-Si3N4中FexSi粒子的形成机理[J]. 陈俊红,宋文,刘晓光,孙加林. 北京科技大学学报. 2009(05)
[6]连铸用滑板的发展概况及其损毁机理[J]. 张煦,李新健,唐坤,张子翼. 耐火材料. 2007(03)
[7]含氮化硅铁的Al2O3-SiC-C炮泥的研制[J]. 占华生,孙加林,陈俊红,李军希. 耐火材料. 2005(04)
[8]氮化硅铁在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中的防氧化行为[J]. 陈俊红,孙加林,邓小玲,占华生,洪彦若. 耐火材料. 2005(01)
[9]β-赛隆（Sialon）/刚玉复相耐火材料研究[J]. 李亚伟,李楠,王斌耀,刘静,陈方玉. 无机材料学报. 2000(04)
硕士论文
[1]加入物对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响[D]. 刘斌.西安建筑科技大学 2008
本文编号：3589764
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１氮化硅铁：⑷Ｆｅ３Ｓｉ和Ｓｉ３Ｎ４在结构中的分布；（ｂ）柱状和纤维状的Ｓｉ３Ｎ４ｌ３３ｌ??
??如图２－１所示，氮化硅铁中的Ｓｉ３Ｎ４呈六棱柱状或者纤维状，这两种长径??比很大的形貌在微观下交织构成网络结构；含Ｆｅ的物相在背散射观察下呈亮??白色，分布在Ｓｉ３Ｎ４的网络结构中；这种结构使得氮化硅铁呈现气孔多、强度??高的性能特征。总体而言，氮化硅铁是一种复合材料，兼具Ｓｉ３Ｎ４无机材料和??Ｆｅ－Ｓｉ合金的性质与特点。??（１）
ｌａｔｍＮ２）分解。Ｐａｓｔｏ［４５］的研究表明，金属元素尤其是Ｆｅ的出现，与Ｓｉ??形成化合物，导致Ｓｉ的活性降低，通过反应平衡计算，导致氮化硅在１８８０?°Ｃ??时需要３０倍氮气压力才能稳定，如图２－３所示；其研宄认为当温度高于１８００°Ｃ??时，Ｆｅ促进Ｓｉ３Ｎ４的分解，形成Ｆｅ－Ｓｉ合金液相与氮气，并且使得材料出现气孔，??烧结速率降低。Ｈｅｉｋｉｎｈｅｉｍｏ［４６］采用扩散偶在１１００－１１５０?°（：测试了Ｆｅ与Ｓｉ３Ｎ４之??间的扩散反应，发现Ｆｅ导致Ｓｉ３Ｎ４分解，反应形成了Ｆｅ－Ｓｉ合金，分解出的氮气??通过气孔和金属排出。这表明Ｆｅ容易与Ｓｉ结合形成Ｆｅ－Ｓｉ合金，从而导致Ｓｉ３Ｎ４??不稳定。但是当形成Ｆｅ－Ｓｉ合金后，Ｆｅ－Ｓｉ合金对于Ｓｉ３Ｎ４稳定性的后续影响鲜有??研宄报导，其作用机理尚不明确。因此对于氮化硅铁而言，其在较高温度下??内部结构的物相与结构转变有待进一步深入探宄。??此外，Ｆｅ－Ｓｉ合金影响Ｓｉ３Ｎ４的致密化烧结。Ｗｈａｌｅｎ［４７】研究了Ｆｅ－Ｓｉ合金在??Ｓｉ３Ｎ４上的润湿性，结果表明Ｆｅ－Ｓｉ液相在Ｓｉ３Ｎ４上润湿角小于９０°，在热压烧结??的Ｓｉ３Ｎ４上润湿性良好
【参考文献】：
期刊论文
[1]Reaction mechanism for in-situ β-Si Al ON formation in Fe3Si–Si3N4–Al2O3 composites[J]. Hai-xia Qin,Yong Li,Li-xiong Bai,Meng-long Long,Wen-dong Xue,Jun-hong Chen. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(03)
[2]氮化硅铁的性能、制备及其在耐火材料中的应用[J]. 赵瑞,张子英,刘爱红. 耐火材料. 2015(01)
[3]氮化硅铁、亚白刚玉和硅微粉加入量对ASC砖性能的影响[J]. 王跃,陈俊红,李勇,薛文东,孙加林. 耐火材料. 2011(03)
[4]Fe3Si金属间化合物高温抗氧化性能研究[J]. 周琦,贾建刚,赵红顺,刘建军,吴海涛. 航空材料学报. 2011(02)
[5]闪速燃烧合成的Fe-Si3N4中FexSi粒子的形成机理[J]. 陈俊红,宋文,刘晓光,孙加林. 北京科技大学学报. 2009(05)
[6]连铸用滑板的发展概况及其损毁机理[J]. 张煦,李新健,唐坤,张子翼. 耐火材料. 2007(03)
[7]含氮化硅铁的Al2O3-SiC-C炮泥的研制[J]. 占华生,孙加林,陈俊红,李军希. 耐火材料. 2005(04)
[8]氮化硅铁在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中的防氧化行为[J]. 陈俊红,孙加林,邓小玲,占华生,洪彦若. 耐火材料. 2005(01)
[9]β-赛隆（Sialon）/刚玉复相耐火材料研究[J]. 李亚伟,李楠,王斌耀,刘静,陈方玉. 无机材料学报. 2000(04)
硕士论文
[1]加入物对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响[D]. 刘斌.西安建筑科技大学 2008
本文编号：3589764
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