刚玉-Sialon-TiN复相材料的铝热还原氮化制备和性能研究

【摘要】β-Sialon结合刚玉材料被认为是优良的窑炉内衬用耐火材料，但在稳定性、可靠性方面还需要改善。本论文利用天然矿物金红石和石英为主要原料，采用铝热还原氮化法将TiN引入到β-Sialon结合刚玉复相材料中，对复相材料起到增韧增强的效果。其研究成果如下：论文通过分析各温度物相探讨铝热还原氮化合成刚玉-Sialon-TiN复相材料的反应机理。结果表明：1400oC时，试样中开始生成β-Sialon(Si3Al3O3N5，z=3)；1500oC时，刚玉和TiN的生成量相对较多，β-Sialon发育成为典型的六方柱状晶体；1550oC时部分β-Sialon转化生成了SiAl4O2N4。得到合成刚玉-Sialon-TiN复相材料的优化温度应为1500oC。研究了1500oC时铝粉添加量对产物性能的影响。结果表明：随着铝粉添加量的增加，试样的体积密度增大，显气孔率减小，抗折强度和抗压强度大体呈增大趋势，试样热震后残余抗折强度变化趋势不变，添加过量10%Al粉的试样有最大强度保持率88.83%。得到优化铝粉添加量为过量10%。研究了1500oC时助烧剂种类和添加量对产物性能的影响。结果表明：添加2.5%(Y2O3+La2O3)试样的抗折强度有最大值58.67MPa并且有最大残余抗折强度40.51MPa。选择添加2.5%(Y2O3+La2O3)作为最优助烧剂添加量。本文还探讨了刚玉-Sialon-TiN耐火材料的抗高炉渣侵蚀性能。结果表明：在空气气氛下进行1500oC高炉渣侵蚀实验时，当材料中TiN/Sialon=1时抗渣侵蚀能力相对较好。随着金红石外加量的增加，耐火材料中Sialon和刚玉所占比重相对减少，试样的抗渣侵蚀能力逐渐减弱，这也说明耐火材料基质中的Sialon和刚玉相有助于提高耐火材料的抗渣侵蚀能力。论文的研究工作为新型高性能低成本耐火材料的制备提供重要的依据。
【作者】朱凌；
【导师】黄朝晖；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），材料工程，2014，硕士
【关键词】刚玉-Sialon-TiN；金红石；铝热还原；抗热震性；渣侵蚀；

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