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《西北工业大学》 2004年
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氮化硅/碳化硅成份及微结构设计与性能分析

温光宇  
【摘要】: 氮化硅结合碳化硅是近年来发展起来的特种高温结构陶瓷材料,该材料不与有色金属熔体润湿,导热率高、抗热震性好、抗冲刷、抗金属蒸汽侵蚀,是优质的铝、铜、镁合金熔炼及锌冶炼行业用陶瓷材料。在铝电解方面,氮化硅结合碳化硅远较阴极碳块耐腐蚀、抗氧化、电阻率高,是理想的电解槽侧壁内衬材料。Si_3N_4/SiC、Si_2N_2O/SiC和Sialon/SiC均属于氮化硅结合碳化硅系列材料。本论文通过成份及微结构设计,采用反应烧结工艺制备了力学和抗氧化性能优异的O'-Sialon/SiC、Si_2N_2O/SiC和Si_3N_4/SiC陶瓷材料,并研究了它们的抗铝、铜、锌、镁有色金属熔体及冰晶石熔盐侵蚀性能。得出如下结论: (1)以Si粉、粘土和SiC粉为原料,采用反应烧结工艺低成本制备了力学性能优良的O'-Sialon/SiC陶瓷材料。结合相中O'-Sialon相的含量达到85wt%,室温抗弯强度为43.17MPa,热震后抗弯强度保持率为48.76%。 (2)Si_3N_4/SiC的抗热震性主要受抗弯强度影响。通过调整SiC的粒度、颗粒级配和加入量提高抗弯强度是优化其抗热震性能的有效方法。较好的SiC级配为:46目50wt%,90目16.67wt%,180目33.33wt%。 (3)在1000℃的空气介质中,Si_3N_4/SiC、Si_2N 2O/SiC及O'-Sialon/SiC的氧化增重符合对数规律。三种材料的抗氧化能力为:Si_2N_2O/SiC>O'-Sialon/SiC>Si_3N_4/SiC。50小时后,Si_2N_2O/SiC、O'-Sialon/SiC、Si_3N_4/SiC氧化增重依次为0.03mg·cm~(-3)、0.13mg·cm~(-3)和0.36mg·cm~(-3)。 (4)空气介质中,Si_3N_4/SiC、Si_2N_2O/SiC和O'-Sialon/SiC均具有优异的抗铝、锌熔体侵蚀性能,Si_3N_4/SiC具有优异的抗镁熔体侵蚀性能。1000℃时三种材料发生轻微腐蚀。800℃时铝中Si元素的含量随侵蚀时间延长成增加趋势,30小时后逐渐趋于稳定。Si元素增加量较小,经过60小时侵蚀后增加量仅为0.08%。 (5)环境气氛对Si_3N_4/SiC抗铜熔体侵蚀性能有显著影响。在空气介质中,Si_3N_4/SiC抗侵蚀性能较差;在氮气介质中或有覆盖剂保护时,陶瓷材料具有优良的抗侵蚀性能。材料应用400小时,没有发现明显的侵蚀现象。 西北工业大学工学硕士论文 (6)在970℃的空气介质中,si3N4/SIC具有优异的抗冰晶石侵蚀性能。 Si3N4/SIC、SiZNZO/SIC及O,一Sialo可SIC的抗侵蚀能力为:Si3N4/SICSiZNZO/SIC 0,一Sialo可siC;25小时后冰晶石熔体仅轻微渗入Si3N4/SIC,没有侵蚀现象发 生。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB321

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