埋炭气氛下熔渗烧结合成Al4SiC4
Al4SiC4具有强度大、熔点高、化学稳定性好、热膨胀系数低以及良好的抗水化和抗氧化性能，这使其成为一种很有前途的、有待于进一步开发的高性能耐火材料和高温结构材料。现阶段，国内外主要有两种合成Al4SiC4的方法:一种是固-固合成，如热压烧结法、固相反应烧结法等;另一种是固-液合成，如电弧焊法、渗透法等。尽管目前采用这两种合成方法能合成较纯的Al4SiC4，但由于对合成气氛有严格要求，且合成温度高，很难实现工业化生产，使其应用受到很大限制。鉴于此，本论文提出在埋炭条件下，采用熔渗（铝）烧结工艺合成Al4SiC4的新工艺。 本文以不同Al源、SiC和不同C源为原料，在埋炭条件下，采用熔渗烧结法合成Al4SiC4。通过热力学计算，结合X射线衍射(XRD)物相分析、电子探针(EPMA)分析，研究了原料种类、烧成制度、包埋情况等工艺因素对合成Al4SiC4的影响，经分析得到如下结论: (1)在埋炭气氛下，试样周围只包埋金属Al粉时，根据Al4SiC4的化学组成，以金属Al粉、SiC微粉、碳黑粉末为原料的试样经1600℃×3h热处理后能合成Al4SiC4，但Al4SiC4的纯度不高，试样中含有金属Al、AlN等杂相。且当碳黑过量20％时，试样中Al4SiC4的含量最高。 (2)在埋炭气氛下，试样周围包埋金属Al粉和α-Al2O3粉的混合粉时，根据Al4SiC4的化学组成，以金属Al粉、SiC微粉、碳黑粉末为原料的试样经1600℃×3h热处理后能合成Al4SiC4，且其纯度比较高，试样中的杂质相主要为AlN。且当碳黑过量20％和烧成温度为1700℃时，试样中Al4SiC4的含量可达80％以上。而当以活性碳粉代替碳黑，各原料以Al4SiC4的化学计量组成配料时，试样经L600℃×3h热处理后，试样中Al4SiC4的含量最高。可见，以活性碳粉作为C源时，能降低Al4SiC4的合成温度。 (3)电子探针分析结果表明，以本方法合成的Al4SiC4颗粒多为不规则片状结构。当合成温度为1600℃时，合成的Al4SiC4颗粒近似圆片状，直径在3-10μm之间，厚度在0.5μm左右。当合成温度为1700℃时，合成的圆片状Al4SiC4颗粒边缘开始出现棱角，直径在5-8μm之间，厚度在1μm左右。可见，随着合成温度的升高Al4SiC4颗粒大小更加均匀化且向六方形片状转变，促进了颗粒的发育。
碳硅化铝材料;埋炭气氛;熔渗烧结法;合成工艺
山东科技大学
硕士
材料学
张智慧
2013
中文
TB333
66
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）