矾土基β-Sialon-AlO-SiC复合材料制备、性能及显微结构的研究

摘要

本论文主要进行了矾土基β-Sialon/Al2O3/SiC复合材料的制备工艺、高温性能及显微结构的研究。 首先以高铝矾土、Si粉、Al粉、电熔白刚玉颗粒和细粉及黑SiC颗粒和细粉为原料，在1500℃下氮气气氛中一步反应制备出了矾土基β-Sialon/Al2O3/SiC复合材料。其主晶相为刚玉和SiC、结合相为β-Sialon，体积密度2.7g/cm3以上，显气孔小于22％，常温抗折强度大于17MPa，耐压强度大于60MPa。 采用三点弯曲法研究了矾土基β-Sialon/Al2O3/SiC复合材料高温抗折强度、应力应变关系及高温抗弯蠕变性能，结果表明：复合材料HMOR～T曲线类似于Ⅰ类曲线，先随温度升高而增加，到达最高点(1000℃)后缓慢下降，直至1400℃的强度仍高于常温强度；应力应变关系表明600℃以前，属于弹性变形，模量大于10000MPa，600℃以后，属于塑性变形；高温抗弯蠕变活化能较大(＞220kJ/mol)，应力指数较小(接近1)，其蠕变机制为晶界扩散控制下的扩散蠕变。这些说明复合材料具有良好的高温力学性能。采用一次水冷法研究了矾土基β-Sialon/Al2O3/SiC复合材料抗热震性能，研究表明：临界热震温差为600℃；△T=1300℃时，复合材料的残余强度保持率仍高于50％，显示了β-Sialon结合刚玉/碳化硅复合材料具有较优异的抗热震性能。 矾土基β-Sialon/Al2O3/SiC复合材料变温氧化实验表明：快速氧化开始温度为800℃左右；氧化类型属于保护性氧化，可以分为氧化前期(20min以前)、氧化中期(20～120min)和氧化后期(2小时后)三阶段；氧化后试样表面为一层玻璃相，厚度约0.4mm，之下为致密氧化层，厚度约为0.Smm，其物相为富SiO2的莫来石相。 静态坩埚法研究了矾土基β-Sialon/Al2O3/SiC复合材料抗渣侵蚀性能，结果表明：渣侵蚀的深度约2mm，渗透深度约5～9mm，随时间的延长，侵蚀的速度先增加较快后趋缓，符合二次曲线关系；随β-Sialon含量的增加，渣侵蚀的深度和速度均减小；侵蚀机理为β-Sialon和SiC先被CO的氧化，继而与渣发生反应生成镁铝尖晶石和钙黄长石等；侵蚀界面分形维数值介于1.2和1.4之间，随着侵蚀时间的延长而增加，随β-Sialon含量的增加而减小，这与侵蚀量和时间、β-Sialon含量间的关系相一致。 静态坩埚法研究了矾土基β-Sialon/Al2O3/SiC复合材料抗冰晶石侵蚀性能，结果表明：侵蚀层厚度小于0.5mm，侵蚀的产物为NaAlSiO4；渗透层深度在4mm至9mm，且渗透速率随时间的延长而减小，符合二次函数关系；其渗透界面分形维数值介于1.0和1.2之间，且随侵蚀时间和β-Sialon含量的增加均减小，这与渗透速度与时间、β-Sialon含量的关系相一致。 复合材料抗碱侵蚀研究表明：1200℃和1300℃时碱侵蚀后，复合材料的强度损失率均小于25％，随着β-Sialon含量的增加，强度损失率减小；侵蚀的产物为KAlSiO4。

目录

文摘

英文文摘

郑重声明

前言

1文献综述

2实验内容及研究方法

3矾土基β-Sialon-Al2O3-SiC复合材料常温性能的研究

4矾土基β-Sialon-Al2O3-SiC复合材料高温力学性能的研究

5矾土基β-Sialon-Al2O3-SiC复合材料抗热震性能的研究

6矾土基β-Sialon-Al2O3-SiC复合材料抗氧化性能的研究

7矾土基β-Sialon-Al2O3-SiC复合材料抗渣侵蚀性能的研究

8矾土基β-Sialon-Al2O3-SiC复合材料抗冰晶石侵蚀性能研究

9矾土基β-Sialon-Al2O3-SiC复合材料抗K2CO3侵蚀性能研究

总结论

参考文献

致谢

附录在硕士期间学术成果: