利用天然原料合成β’-Sialon及其复合材料的研究进展

综述了利用高岭土、叶蜡石及高铝矾土等天然铝-硅系原料合成β-Sialon,Sialon-SiC以及Sialon结合刚玉复合材料的研究现状,讨论了在碳热还原氮化过程中,β-Sialon的物相组成的变化规律及合成机理.     

Al2O3添加量对锆英石合成ZrN-Sialon的影响

借助XRD和SEM手段,研究了以锆英石和工业氧化铝为原料,在不同温度下采用碳热还原氮化工艺合成ZrN-Sialon复相材料时,氧化铝添加量对复相材料中Sialon相z值的影响。结果表明：在1 500和1 550 ℃下,产物形貌以颗粒状的ZrN和长柱状的β-Sialon为主;当Al₂O₃用量为理论量和过量5%时,Sialon相主要为Si₃Al₃O₃N₅（β-Sialon,z=3）;当Al₂O₃用量为过量10%和20%时,Sialon相出现Si₂Al₄O₄N₄（β-Sialon,z=4）。在1 600 ℃下,产物均为ZrN和Sialon相,其中Sialon相转化为具有片状形貌特征的SiAl₄O₂N₄（15R型AlN多型体）;增加Al₂O₃添加量会促进Sialon相的转化。合成ZrN-Sialon复相材料的适宜氧化铝用量为理论量或过量5%,适宜温度为1 550 ℃。     

活性氧化铝、电熔镁砂对用后镁铬砖制备镁铬浇注料性能的影响

以用后镁铬砖回收料、镁铝尖晶石为主要原料,铝酸盐水泥为结合剂制备镁铬浇注料,研究了活性氧化铝和电熔镁砂用量对用后镁铬砖制备镁铬浇注料常温性能、热震稳定性及抗渣性的影响.结果表明,加入活性氧化铝和电熔镁砂均能不同程度提高镁铬浇注料热震稳定性和抗渣性.加入活性氧化铝有利于镁铬浇注料中形成原位尖晶石,活性氧化铝加入量为5％时,热震前后试样常温耐压强度保持率为90.8％,镁铬浇注料具有较好的抗渣侵蚀性能,侵蚀层结构稳定均匀.加入电熔镁砂有利于镁铬浇注料基质中形成方镁石/镁铝尖晶石复相结构,当电熔镁砂加入量为5％时,镁铬浇注料经1500℃烧后试样常温耐压强度最大,电熔镁砂加入量为10％时,浇注料抗渣侵蚀性最好.     

Sialon-SiC耐磨陶瓷的制备及液固冲蚀磨损性能研究

为解决钻探设备关键零部件磨损失效和寿命短的难题,制备新型高耐磨低成本先进陶瓷材料具有重要的科学价值.以Si,Si3N4,Al2O3,AlN和SiC等为原料,通过氮化反应烧结制备Sialon-SiC复相耐磨陶瓷材料,其主要物相为β-Sialon和α-SiC,其中β-Sialon晶粒呈长柱状.加入30%细颗粒SiC可显著提高Sialon-SiC复相陶瓷液固冲蚀磨损性能.SiC细颗粒的"阴影效应"能够保护背向冲蚀面的基体相免受冲蚀破坏.Sialon-SiC复相陶瓷的液固冲蚀磨损主要表现为材料内的气孔边缘、缺陷区域和基体的凿削和切削.     

免蒸法制备轻质硬硅钙石型转接板材料

以动态水热法合成的硬硅钙石为原料,加入玻璃纤维、粘结剂,经压制成型制备铸铝用硬硅钙石型转接板材料。探究了成型压力、玻璃纤维含量、粘结剂的种类与含量对样品性能的影响。利用阿基米德法测定材料密度,万能试验机测量弯曲强度,稳态法测定导热系数,抗热震性试验机测试抗热震性能。结果表明,在成型压力为20 MPa、玻璃纤维含量为5%、水玻璃含量为5%的条件下可制备密度为0.88 g/cm3、弯曲强度为7.68 MPa、收缩率为0.72%、导热系数为0.205 W/(m·K),抗热震性能优良的样品。     

铜镍合金/NiFe2O4-10NiO复合陶瓷惰性阳极的制备及其性能研究*

以NiO、Fe2O3和铜、镍为主要原料,采用高能球磨—固相烧结法,制备出Cu-Ni-NiFe2O4-10NiO和(Cu-Ni合金)/NiFe2O4-10NiO金属陶瓷试样,研究了试样的物相组成、显微结构以及其体积密度、静态热腐蚀率、抗热震性和电导率。研究表明,合金粉的添加能够改善金属相的溢出现象并提高材料的物化性质。与Cu-Ni-NiFe2O4-10NiO金属陶瓷相比,合金粉均匀的弥散于陶瓷相中,减小了晶界间的势垒作用,使载流子更易通过晶界从而提高了试样的导电率,850℃时试样的电导率为60.7 S/cm;增大了材料的致密度;耐高温和抗冰晶石熔盐静态腐蚀率较低,平均腐蚀率降为12.62 mm/a;较大提高了试样的抗热震性。     

球黏土对Sialon-SiC材料氮化烧结性能的影响

在Sialon- SiC材料配料中引入 2 .5 %～ 3 %的球黏土 ,经 14 5 0℃× 3h的氮化烧结 ,可使材料的体积密度、抗折强度、耐压强度分别提高约 2 1%、42 %、96%,气孔率降低近 3 0 %,等同于材料 15 5 0℃× 3h的烧结性能。试验结果表明 :因球黏土由含有 3 0 %纳米级颗粒的无序高岭石微粒构成 ,其分解后产物反应活性强 ,易与其它颗粒活性烧结 ,并可与Si3N4 、AlN共同形成β’ Sialon ,或经还原氮化形成 β’ Sialon ,上述行为均促进了Sialon -SiC材料的氮化反应与烧结。     

粉煤灰用于制备莫来石-SiC材料的实验研究

利用粉煤灰、铝矾土、碳化硅为原料，在1450℃下烧结制备了莫来石-SiC复合材料，采用XRD、SEM等手段研究了莫来石～SiC复合材料的性能、物相和显微形貌。结果表明：当混合料M（其中Al／Si=1．0，摩尔比）=10％，所得材料的显气孔率、吸水率最小，分别为16．09％和6．27％，抗折强度和体积密度最大，分别为46．7MPaN2．57g／cm^3此时，构成材料的主要晶相为SiC、莫来石和刚玉，莫来石的相对含量达到最大值，为38．99％。SEM分析表明，生成的莫来石和刚玉镶嵌在SiC中间，当M=10％，莫来石呈现网状小球体的形态。     

红柱石矽线石矿物陶瓷蓄热材料的性能

根据蓄热式加热炉的生产实际,通过比较蓄热材料中各种矿物组成的性质差异,选择了红柱石、矽线石为骨料,配加α-A l2O3、镁砂,经过合适的成型和烧结工艺,制作成蓄热陶瓷球。用水骤冷实验法测试不同配方制作的陶瓷球在高温下的抗热震性能和用坩埚法测试陶瓷球抗Fe2O3、FeO渣侵蚀性能。结果表明:以红柱石为骨料,适当添加α-A l2O3的蓄热球抗热震性能较好,急冷急热次数平均达到20次;以矽线石为骨料,适当添加镁砂粉的蓄热球抗渣性能较好。     

等离子喷涂制备的ZrSiO4陶瓷涂层性能的研究

采用等离子喷涂工艺制备的ZrSiO4/NiCr涂层与基材结合良好,涂层致密;ZrSiO4涂层主要由ZrO2基体相和SiO2相组成,SiO2组元比较均匀地分布在ZrO2基体相中.ZrSiO4涂层的硬度为HRC50～55.ZrSiO4/NiCr涂层的抗热震性能优于ZrSiO4/Ni-Al涂层及ZrSiO4涂层,ZrSiO4/NiCr涂层能够承爱热冲击作用而不发生涂层自基体表面剥落.ZrSiO4/NiCr涂层具有很好的抗熔融金属(锌与铝)热腐蚀的性能.     

超音速电弧喷涂涂层中/高温封孔行为研究

本文重点研究了超音速电弧喷涂涂层的中/高温封孔行为，包括氧化和水冷热震测试。结果表明，在400℃中温氧化条件下，常规低温型S100封孔剂出现了明显烧蚀，导致涂层表面和内部通孔直接暴露在大气环境中，涂层出现了较严重氧化。采用S400型中温封孔剂的涂层氧化程度显著低于S100封孔剂。在400℃水冷热震考核中，S100封孔涂层出现明显剥落，S400型涂层抗热震性能则更优。在700℃高温考核条件下，高温型S700封孔剂依然能够较好地填充涂层孔隙，因此涂层的抗氧化性得到提升。通过显微组织分析发现，中/高温封孔剂在温度升高时能够保持较好的稳定性，对涂层表面及内部孔隙可形成有效覆盖和填充，因此阻隔了外界氧气的渗透，进而提升了涂层抗氧化性和抗剥落性。     

富铝煤矸石碳热还原氮化合成Fe-Sialon复相材料的研究

采用富铝煤矸石、铁精矿粉、焦炭为原料,经过碳热还原氮化在1 400～1 550℃保温4h条件下合成Fe-Sialon复相材料。利用XRD、SEM和EDS检测手段研究合成温度、焦炭添加量对富铝煤矸石碳热还原氮化的影响。结果表明:①制备得到了Fe-Sialon复相材料,所得产物的主要物相为β-Sialon和Fe3Si;②反应温度为1 400、1 450、1 550℃时,焦炭添加量对产物物相的影响较大。焦炭添加为理论量或过量10%时,所得产物中莫来石、Fe3Si相为主晶相,次晶相为X-Sialon或α-Al2O3,均没有β-Sialon相生成;当焦炭过量大于50%时,X-Sialon作为过渡相向β-Sialon转变,有利于β-Sialon相的生成;③1 500℃下合成的Fe-Sialon复相材料中,β-Sialon为主晶相,其发育成不是很完善的棱柱状晶体。在β-Sialon相周围分散的球状颗粒为Fe3Si相,颗粒直径1～2μm。在本试验条件下,合成Fe-Sialon复相材料的适宜温度为1 500℃,焦炭适宜添加量为理论添加量和焦炭过量10%。     

利用天然原料合成β'-Sialon及其复合材料的研究进展

综述了利用高岭土、叶蜡石及高铝矾土等天然铝-硅系原料合成β'-Sialon,Sialon-SiC以及Sialon结合刚玉复合材料的研究现状,讨论了在碳热还原氮化过程中,β'-Sialon的物相组成的变化规律及合成机理.     

C/C复合材料抗氧化复合涂层制备及其性能

设计并制备出了一种C/ C复合材料抗氧化涂层, 其基本结构为浸渍过渡层/ 陶瓷相阻挡层/ 玻璃相封填层。涂覆有复合涂层的C/C 复合材料试样在空气中于900 ℃下氧化10 h的失重率仅为0.034 g/cm², 氧化失重速率为5.67×10^-5 g/(cm²·min);900 ℃ 室温空气中急冷急热10 h循环100次后, 失重率为8.41%, 涂层没有剥落, 说明整个涂层具有良好的高温抗氧化性和抗热震性能。这种复合涂层可在中低温(不大于1 100 ℃)氧化性气氛中长时间工作, 适合作C/C复合材料航空刹车副等部件的抗氧化涂层, 能够大大提高C/ C复合材料的使用寿命和性能。     

锆英石细粉对红柱石基耐火材料性能的影响

研究了锆英石细粉对高纯红柱石基耐火材料的烧结、抗蠕变性和抗热震性的影响。试验结果表明 ,加入适量的锆英石细粉 ,不但可促进红柱石制品的烧结 ,而且可改善制品的抗热震性能 ,但对其抗蠕变性不利 ;其适宜的加入量为 8%左右。借助XRD和SEM手段 ,分析了锆英石细粉改善材料抗热震性和有害于材料抗蠕变性的机理及材料的显微结构     

SiC多孔陶瓷管的抗热震性能及过滤特性研究

微观结构和孔隙参数对于SiC多孔陶瓷管的过滤性能至关重要,采用压汞法和X射线衍射法对使用前后的多孔陶瓷管孔径变化进行了量化研究。通过水淬法对SiC多孔陶瓷管的抗热震性进行了评估,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段分析了SiC多孔陶瓷管的表面形貌、微观结构和物相组成。结果表明,SiC多孔陶瓷管结构均匀,膜表面形貌粗糙复杂,适用于微米级过滤。在200~250℃的工作温度下,SiC多孔陶瓷管的抗弯强度保持率在75%以上。在冶金烟气除尘过程中,粒径小于膜孔径的SiO2和Fe杂质会穿过膜层进入到支撑体层,在支撑体孔隙表面吸附沉积,使其孔径减小28.8%左右;膜层表现良好的稳定性,不会被污染。     

等离子喷涂制备的ZrSiO4陶瓷涂层性能的研究

采用等离子喷涂工艺制备的ZrSiO4／NiCr涂层与基材结合良好，涂层致密；ZrSiO4涂层主要由ZrO2基体相和SiO2相组成，SiO2组元比较均匀地分布在ZrO2基体相中．ZrSiO4涂层的硬度为HRC50～55．ZrSiO4／NiCr涂层的抗热震性能优于ZrSiO4/Ni-Al涂层及ZrSiO4涂层，ZrSiO4／NiCr涂层能够承爱热冲击作用而不发生涂层自基体表面剥落．ZrSiO4／NiCr涂层具有很好的抗熔融金属(锌与铝)热腐蚀的性能．     

Al_2O_3对低碳镁碳材料抗渣侵性能的影响

为了提高低碳镁碳材料的抗渣性能,向低碳镁碳材料中引入板状刚玉粉、活性α-Al_2O_3微粉和预合成尖晶石粉体,对比各试样的抗渣性能。结果表明:引入4%活性α-Al_2O_3微粉有利于原位生成镁铝尖晶石,所产生的体积膨胀效应提高了材料的致密度,增强了材料的抗炉渣侵性能。     

镁合金SiO_2基纳米陶瓷涂层的性能

采用热化学反应法在MB2镁合金上制备了SiO_2基纳米陶瓷涂层,从组成成分、抗热震性、耐磨和耐蚀性能等方面测试涂层性能.结果表明,涂层中有新相生成,涂层与基体结合强度较高,耐磨和耐腐蚀性能优良.     

P对Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.07Ce焊料合金组织和性能的影响

以Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.07Ce无铅焊料合金为基础,制备出Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.07Ce-xP(x=0%、0.1%、0.01%、0.001%)焊料合金。研究P元素含量对Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.07Ce焊料合金显微组织、熔程、润湿性、抗氧化性性能的影响。利用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察焊料合金的显微组织,采用X射线衍射仪(XRD)进行焊料合金的物相分析,通过差示扫描量热分析仪(DSC)测定焊料合金熔点,采用铺展性试验法和润湿平衡法测定焊料的润湿性,采用静态刮渣法测定焊料的抗氧化性。结果表明,P具有细化Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.07Ce焊料合金晶粒的作用;随着P含量的增加,焊料合金的熔程逐渐减小,在P含量为0.01%时焊料合金的熔化特性最佳,初始熔化温度为230.3℃、熔程5.1℃;焊料的润湿时间由0.73s升至0.74s,润湿力和铺展面积由0.98mN、0.54mm~2降至0.88mN、0.45mm~2;焊料的抗氧化性先增大后减小,在P含量为0.01%时抗氧化性能最好,氧化渣产率为0.146g/(min·cm~2)。