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《武汉科技大学》 2016年
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熔盐介质中鳞片石墨表面包覆ZrC的改性制备及其应用

郭鼎  
【摘要】:熔盐法作为一种新型的粉体合成方法,具有降低反应温度、提高反应速率、增大体系内反应物的接触面积等优点。碳化锆是一种超硬材料且其化学稳定性好,具有良好的耐腐蚀、耐高温性能,是一种优良的表面保护材料和高温结构材料。本文利用鳞片石墨在大部分熔盐体系中不具备溶解度这个特点,利用模板法特性合成了一种在鳞片石墨表面包覆一层Zr C的C-ZrC复合粉体,探讨了熔盐介质、烧成温度、石墨粒度和保温时间对反应体系中物相组成和显微结构的作用机制,并在鳞片石墨层状结构的基础上建立了反应动力学模型,确立了反应速率控制机制。建立了高温氧化的边界层扩散控制模型,解析了氧化速率控制步骤,并进一步计算出了动力学参数。最后,将合成的C-ZrC复合粉体引入到Al_2O_3-C耐火材料中,探讨添加不同含量C-ZrC粉体对材料抗氧化以及抗渣性能的影响。(1)在900-1200℃、氩气保护下,利用熔盐法成功地在鳞片石墨表面原位生成了ZrC,并与鳞片石墨形成了C-ZrC复合结构。在NaCl-Na F熔盐介质中锆原子具有更高的质量传递速率,在模板法生长机制的控制下,锆与石墨能够更快地在该熔盐体系中发生反应;而升高温度能够在一定程度促进ZrC的生成及晶粒的发育。同时,研究了不同保温时间下生成的ZrC包覆厚度,建立了反应外扩散控制模型。(2)采用Kissinger方法计算动力学参数,活化能Ek=288k J·mol-1;鳞片石墨表面的ZrC包覆层被氧化后生成的氧化物层能够阻止石墨的进一步氧化。利用氧化模型证明,试验所制备的C-ZrC复合粉体其氧化过程的速率控制步骤为O2从环境中穿过边界层向反应表面扩散。(3)当C-ZrC复合粉体部分替代鳞片石墨后,能够在一定程度上提高Al_2O_3-C耐火材料的抗氧化性和抗渣性,而当C-ZrC完全替换鳞片石墨后,试样的抗渣性较之前有所降低,试样内部靠近渣的部位呈现出多孔且疏松的结构。
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB383.3;TQ175.1

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