论文部分内容阅读
Sialon/SiC复合材料以其机械强度高、耐磨性好、化学稳定性高的特点，被广泛应用于机械、化工、冶金等行业。Sialon/SiC材料具有良好的开发利用前景，但由于Sialon粉体合成的限制因素较多，目前有关方面的研究尚需进一步完善。高炉水淬渣是炼铁过程中产生的副产品，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，本实验的研究目的是利用高炉水淬渣合成的粉体以较低的成本烧结出高性能的α-Sialon/SiC陶瓷。 本实验以高炉水淬渣合成的Ca-α-Sialon粉体为原料，SiC为添加剂，采用无压烧结工艺制备了α-Sialon/SiC复合材料。研究了SiC含量对α-Sialon/SiC复合材料的烧结性能、显微组织、力学性能及抗氧化性的影响。通过X射线衍射仪、扫描电镜等分析手段和热力学分析，分析了α-Sialon/SiC复合材料的物相组成、晶粒大小和增强、增韧的机制，研究了复合材料在静态空气中的氧化机理。 通过XRD分析，烧结后样品的主相为α-Sialon相和SiC相。扫描电镜分析表明，随着SiC含量的增加，α-Sialon/SiC复合材料中的柱状晶数量减少，晶粒细化。 力学性能分析表明，适量添加SiC可以促进材料的烧结致密化并提高材料的力学性能。但SiC含量较高时材料的致密度与力学性能会降低。当SiC添加量为10wt％时，材料的综合性能最佳，其体积密度、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到3.26g·cm-3、355MPa、5.51MPa·m-1/2和17.66GPa。 通过氧化实验得出，α-Sialon/SiC复合材料具有较好的抗氧化性，随着SiC含量的增加，抗氧化性增强。氧化增重与氧化时间之间呈抛物线变化规律。不同含量SiC含量的复合材料在1200℃氧化40h后的氧化在0.29～1.20mg·cm-2之间。复合材料的氧化激活能随着SiC含量的增加而增加，不含SiC时α-Sialon的氧化激活能为79kJ/mol，而当SiC含量为20wt％时复合材料的氧化活化能为219kJ/mol。随着氧化温度的增加，由于Y3+和Ca2+不断扩散到氧化层中使氧化产物发生变化，在1200℃氧化后最终形成SiO2（方石英）、Y2Si2O7和CaAl2Si2O8（钙长石）。α-Sialon/SiC复合材料具有良好的热震性能。随着SiC含量的增加，抗热震性增强。