耐火材料5.ppt

-sialon材料
-sialon的发现
-sialon材料的性能
合成-sialon工艺条件的热力学研究
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引言
-Sialon最初是由Si3N4+Al2O3+AlN等氮化物和氧化物为原料合成;
是利用碳热还原法制备β-Sialon的工艺;
金属Si或Si和Al和氧化物在氮气氛下通过氮化烧结直接制备-Sialon复合耐火材料。
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-sialon的发现
(1) 最早在1970年发现SiC-AlN 固溶体的实用性并首次申请专利。
七十年代初,日本的Oyama Y.[2]和英国的Jack .[3]发现把Al2O3加入到Si3N4中进行热压烧结,Al2O3可固溶到Si3N4的晶格中,其固溶量可达60-70%(质量)。他们还发现这种固溶体中的Si3N4的Si原子和N原子同时分别被Al原子和O原子置换并保持电中性,形成了一个Si-Al-O-N固溶体,其缩写为Sialon。
1975年以后Jackhe -1780oC时Si-Al-O-N系的行为图。
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-sialon的发现
Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2系1700oC的等温截面图
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-sialon的发现
由于Si3N4存在与两种晶型,因此将固溶在-Si3N4固溶体称为-Si3N4, 后来称为-Sialon,目前简称为-Sialon。化学通式用为 Si6-ZAlZOZN8-Z ,Z 表示氮化硅中被取代的硅原子和氮原子数目。
(6-Z)Si3N4 + ZAl2O3 + ZAlN = 3Si6-ZAlZOZN8-Z
(42-4Z)Si3N4 +14ZAl2O3 = 21Si6-ZAlZOZN8-Z +Zsi9Al7O21N5­
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-sialon材料的性能
β-Sialon是Sialon系列中抗氧化性能、耐高温性能和热稳定性最佳的一种固溶体;
β-Sialon的热膨胀系数[2-3X10-6(1/℃)],稍低于β-Si3N4,而导热系数比β-Si3N4要低得多,并且具有优良的抗热震稳定性。
具有优良的抗熔铁和熔渣侵蚀性;
β-Sialon因保持有氮化硅的晶格,所以具有良好的机械强度、硬度等物理特性
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β-Sialon材料的应用
轴承、密封件、焊接套管和定位梢,汽车内燃机挺杆;
连铸分流环、热电偶保护管、坩埚、铜、铝合金管拉拔芯棒、滚轧、挤压、压铸模具;
透明陶瓷,作为大功率高压钠灯灯管,高温红外测温仪窗口;
人工关节。
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合成-sialon工艺条件的热力学研究
Si3N4、 Al2O3和AlN合成;
金属Si、Al和Al2O3合成;
高岭土或煤矸石等合成。
应满足的基本热力学条件只有一个,即-sialon能稳定存在的温度及氧分压的条件。
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煤矸石合成-sialon
煤矸石中的高岭石分解为莫来石、二氧化硅等;
形成33R、碳化硅及氧化铝等中间产物;
形成-sialon 。
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煤矸石合成-sialon
1450oC时煤矸石的形貌
1600oC×2h后-sialon的形貌
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