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利用高炉水淬渣制备(Ca/Y)-α-Sialon陶瓷的组织与性能

朱喆  
【摘要】:高炉水淬渣是炼铁过程中产生的副产品,目前主要用于制造水泥、硅肥等产品。提高高炉水淬渣的附加值,是人们梦寐以求的事情。高炉水淬渣的主要成分为SiO2、Al2O3、CaO和一些含Fe杂质,是合成Sialon陶瓷的很好原料,因此有很多学者就如何利用高炉渣合成Sialon粉体进行了广泛的研究。由于制备出的Sialon粉体往往含有很多杂质,炉渣Sialon粉的烧结工艺一直是一个难题。以往的研究都是采用热压烧结或者埋粉烧结的方式,这些方法成本较高,限制了工艺的推广。本实验的研究目的是利用高炉水淬渣合成的Sialon粉体以较低的成本烧结出高性能的Sialon陶瓷。 本实验以高炉水淬渣合成的Ca-a-Sialon粉体为原料,Al2O3, Y2O3为添加剂,采用无压烧结工艺制备了(Ca/Y)-α-Sialon陶瓷。研究了原料配比及烧结工艺对(Ca/Y)-α-Sialon陶瓷的烧结性能、显微组织和力学性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等分析手段,分析了(Ca/Y)-α-Sialon陶瓷的物相组成、晶格常数、晶粒大小和增强、增韧的机制。 XRD分析表明,烧结后样品的主相为a-Sialon相,杂质为Fe-N化合物。扫描电镜及透射电镜分析表明,含Y3+的(Ca/Y)-α-Sialon晶粒呈柱状晶,不含Y3+的Ca-a-Sialon晶粒呈等轴晶。随着Y2O3含量的增加和烧结温度的提高,(Ca/Y)-α-Sialon柱状晶粒出现粗化和等轴化。 力学性能分析表明,适量添加Y2O3可以促进材料的烧结致密化并提高材料的力学性能。但过量添加Y2O3(质量百分比大于10%)时材料的致密度与力学性能会降低。确定了最佳Y2O3质量分数为10%,最佳烧结工艺1700℃×1.5h。材料的体积密度、抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性分别达到3.32 g·cm-3、238MPa,12.5GPa和4.07MPa·m-1/2。 本实验利用高炉水淬渣合成的Sialon粉体为原料烧结了(Ca/Y)-α-Sialon陶瓷,烧结工艺简单,成本较低,具有较高的实用价值,为矿渣的利用提供了有价值的研究基础。


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