AI-C-X(X=Si,O,B)三元碳化物的制備、性能與應(yīng)用.pdf

1、Al-C-X(X=Si，O，B)三元碳化物具有許多優(yōu)異的性能，如高熔點、低密度以及優(yōu)異的抗氧化和抗水化性能，將其作為增強相或抗氧化劑引入到含碳耐火材料中能夠改善材料的性能。本文以Al-C-X(X=Si，O，B)三元碳化物的物理化學特性為基礎(chǔ)，分別制備了Al4Si2C5、Al4O4C單相粉體和Al4SiC4-Al4O4C復相粉體。并在前期研究的基礎(chǔ)上，分別將Al4SiC4和Al8B4C7引入到Al2O3-C和Al2O3-SiC-C耐火材料

2、，探討Al4SiC4在基體中的物相變化以及對材料顯微結(jié)構(gòu)、力學性能、抗氧化以及抗渣等性能的影響。
　　(1)碳熱還原反應(yīng)合成六方片狀Al4Si2C5初期成核階段受固相反應(yīng)控制，反應(yīng)中期由氣-固反應(yīng)來推進，晶粒長大過程則由氣相反應(yīng)來控制。由于碳熱還原過程中氣相原因，SiO2的含量要低于標準摩爾配比含量才能生成單相Al4Si2C5。Al4Si2C5粉末在750℃左右開始氧化，氧化初期是化學反應(yīng)控速，之后是混合控速，很快轉(zhuǎn)為擴散控速。<

3、br>　　(2) Al4O4C初期成核階段為固相反應(yīng)，晶粒生長發(fā)育則由固-液反應(yīng)和氣-固反應(yīng)來控制。由于氣-固反應(yīng)過程中伴隨有氣相損失，金屬Al含量要高于標準摩爾配比20mol％才能生成單相碳氧化鋁。Al4O4C粉末在809℃開始氧化，MgO-C耐火材料中引入Al4O4C后，抗氧化性能與外加金屬Al時相當。
　　(3) Al4SiC4-Al4O4C復合粉體中碳氧化鋁主要呈多面體形貌，碳硅化鋁主要呈片狀形貌，部分Al4O4C和Al4

4、SiC4晶粒交錯生長。復相粉體的合成是通過固相反應(yīng)和固液反應(yīng)來完成，當燒成溫度提高至1700℃時，添加過量10wt％金屬Al粉的試樣中只有Al4SiC4和Al4O4C兩相所對應(yīng)的衍射峰存在。復相粉體的抗氧化性能優(yōu)于Al4SiC4單相粉體。
　　(4)當Al4SiC4部分替換石墨或炭黑后，Al2O3-C耐火材料的常溫力學性能、高溫抗折強度與不含Al4SiC4的試樣相當，彈性模量和殘余抗折強度保持率均有小幅下降。適當引入Al4SiC4

5、有利于材料內(nèi)部AlN和SiC隨系統(tǒng)中氣相變化的穩(wěn)定性，試樣中生成的AlN晶須數(shù)量及質(zhì)量增加，從而改善試樣的力學性能，同時對試樣的抗渣性能起到一定的改善作用。當Al4SiC4完全替換碳源后，SiC晶須的形成受到限制，對力學性能產(chǎn)生不利影響，并降低材料的抗侵蝕性能。Al4SiC4替換碳素原料后，試樣的抗氧化性能顯著提升，不僅能夠降低耐火材料向鋼水中增碳的幾率，同時經(jīng)一系列化學反應(yīng)后可形成固態(tài)碳，填補碳復合材料中因氧化形成的碳空位。
　

6、　(5)隨Al8B4C7加入量的提高，Al2O3-SiC-C澆注料經(jīng)高溫熱處理后的常溫力學性能有提高的趨勢，高溫抗折強度先升高后下降，當Al8B4C7加入量為0.5wt％時，試樣的高溫抗折強度比未添加Al8B4C7時提高2.6倍。隨Al8B4C7加入量的增加，SiC晶須數(shù)量增多，SiC晶須在基質(zhì)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予試樣更高的強度。Al8B4C7加入量的過多，高溫下形成液相含量增加，不利于試樣的高溫力學性能。外加Al8B4C7后澆注料的抗氧化