高纯β-SiAlON粉料的可控合成

摘要

在Si_3N_4-SiO_2-Al_2O_3-AlN体系中, 采用拟抛物面规则对不同组成SiAlON相的热力学性能进行了评估, 并研究了β-SiAlON相的合成热力学条件. 以煤矸石为主要原料, 加入适量碳黑作为还原剂,在不同气氛(空气或不同纯度的氮气)下合成了β-SiAlON, 并研究了β-SiAlON粉料在不同气氛下的相转化. 热力学分析表明,不同的SiAlON相可以在合适的气氛参数Y=lg(P_(O_2)/P~θ)-2/3lg(P_(N_2)/P~θ)下合成, 较低的Y值有利于β-SiAlON相的合成. 过量碳存在时提高通氮纯度α将会降低气氛中的Y值, 其关系式为Y=2lg[(2-2α)/(2-α)]-2/3lg[α/(2-α)]-15.616. 实验结果表明:热力学分析得到的合适初始参数可以实现高纯β-SiAlON的可控合成, 当初始参数为T=1800K, 埋焦炭保护, 通入氮气纯度α＝0.995～0.999时可获得较好的结果.