高溫氮化制備氮化物結(jié)合MgAl2O4-C復(fù)合材料及其性能.pdf

1、碳復(fù)合耐火材料具有優(yōu)異的抗熱震穩(wěn)定性和抗渣侵蝕性能，被廣泛應(yīng)用于煉鋼等許多高溫領(lǐng)域。但是石墨的易氧化性，影響潔凈鋼的生產(chǎn)。面對(duì)碳復(fù)合耐火材料存在的問(wèn)題，本文以鎂鋁尖晶石、單質(zhì)硅粉和石墨作為主要原料，通過(guò)原位氮化法在MgAl2O4-C材料中制備出高強(qiáng)度的β-Sialon或AlON氮化物結(jié)合相來(lái)提高M(jìn)gAl2O4-C材料耐火材料的性能。
　　(1)氮化溫度和保溫時(shí)間對(duì)材料的制備產(chǎn)生重要的影響。隨著氮化溫度的升高，體積密度不斷下降，顯氣

2、孔率不斷升高。氮化溫度為1400℃、1450℃和1500℃生成的主要氮化物為β-Sialon，試樣耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度在1450℃達(dá)到最大值，分別為64.75Mpa和15.18Mpa。氮化溫度為1550℃和1600℃生成的主要氮化物為AlON，試樣的耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度在1550℃達(dá)到最大值，分別為58.44Mpa和14.27Mpa。耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度高于傳統(tǒng)的鎂鋁碳材料，可知試樣中生成的β-Sialon和AlON與尖晶石和石墨之間可能形成

3、了化學(xué)結(jié)合。綜合分析，β-Sialon結(jié)合MgAl2O4-C復(fù)合材料(SMAC)的最佳制備溫度為1450℃，AlON結(jié)合MgAl2O4-C復(fù)合材料(AMAC)的最佳制備溫度為1550℃。
　　(2)對(duì)SMAC和AMAC復(fù)合材料采用靜態(tài)坩堝法進(jìn)行抗渣實(shí)驗(yàn)。動(dòng)力學(xué)分析可知SMAC和AMAC復(fù)合材料渣蝕表觀活化能分別為202kJ/mol和141kJ/mol。通過(guò)顯微形貌分析，β-Sialon、Si3N4和SiC氧化產(chǎn)生的SiO2向渣中溶

4、解，增大渣的粘度，抑制了渣的侵蝕。同時(shí)，AlON與熔渣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一些氣體如Al2O(g)和N2(g)等氣體，在一定程度上阻止了渣的滲透。富鋁尖晶石吸收渣中鐵的陽(yáng)離子形成復(fù)雜的尖晶體，與FeO形成了固溶體，阻止了渣的滲透。試樣中Al2O3與渣中的CaO反應(yīng)形成高熔點(diǎn)CaO-Al2O3系化合物，達(dá)到抑制渣滲透的目的
　　(3)在不同溫度下(1100℃，1200℃，1300℃)進(jìn)行等溫氧化實(shí)驗(yàn)。SMAC復(fù)合材料和AMAC復(fù)合材料在氧