《耐火材料》课程教学资源（PPT课件）β-sialon-材料（4/4）

-sialon-材料 >β-sialon-的发现 >β-sialon-材料的性能 >合成β-sialon-工艺条件的热力学研究

1 -sialon材料 ➢-sialon的发现 ➢-sialon材料的性能 ➢合成-sialon工艺条件的热力学 研究

引盲 >βSlon最初是由siN4+Al2O3+A|N等氮化物 和氧化物为原料合成 >是利用碳热还原法制备βSlon的工艺 金属S或S和A和氧化物在氮气氛下通过氮化烧 结直接制备β- Sialon复合耐火材料

2 引言 ➢ -Sialon最初是由Si3N4+Al2O3+AlN等氮化物 和氧化物为原料合成； ➢ 是利用碳热还原法制备β-Sialon的工艺 ; ➢ 金属Si或Si和Al和氧化物在氮气氛下通过氮化烧 结直接制备-Sialon复合耐火材料

β- sialon的发现 > G. Ervin(1)最早在1970年发现 SiC-AIN固溶体的实 用性并首次申请专利。 >七十年代初,日本的 Oyama Y2和英国的Jack KH3发现把Al2O3加入到Si2N中进行热压烧结, A2o可固溶到sNA的晶格中其固溶量可达60 70%(质量)。他们还发现这种固溶体中的SiN4的s原 子和N原子同时分别被A原子和o原子置换并保持电 中性,形成了一个Si-A-O-N固溶体,其缩写为 Sialon。 >1975年以后 Jackhe Kh和 Gauckler l等人制出了 1700-1780时Si-A-0-N系的行为图

3 -sialon的发现 ➢ G.Ervin (1) 最早在1970年发现SiC-AlN 固溶体的实 用性并 首次申请专利。 ➢ 七十年代初，日本的Oyama Y.[2]和英国的Jack K.H.[3]发现把Al2O3加入到Si3N4中进行热压烧结， Al2O3可固溶到Si3N4的晶格中，其固溶量可达60－ 70％(质量)。他们还发现这种固溶体中的Si3N4的Si原 子和N原子同时分别被Al原子和O原子置换并保持电 中性，形成了一个Si-Al-O-N固溶体，其缩写为 Sialon。 ➢ 1975年以后Jackhe K.H.和Gauckler L.J.等人制出了 1700oC-1780oC时Si-Al-O-N系的行为图

β- sialon的发现 AO2·4SiO ALO3·SO 61303AO3·2SO2) 47(3Al2O3·AIN) Si N Si3NAN-Al2O3SiO2系1700C的等温截面图

4 -sialon的发现 Si3N4 -AlN-Al2O3 -SiO2系1700oC的等温截面图

β- sialon的发现 >由于Si3N存在α与β两种晶型,因此将固溶在 β-Si3N4固溶体称为β′Si3N4后来称为β Sialon,目前简称为β Sialon。化学通式用为 Si6-zAI2O2N8z,Z表示氮化硅中被取代的硅 原子和氨原子数目。 >(6-ZSi3N4 ZA2 O3+ ZAIN= 3Si6-zAlZOZN8-Z >(42-4ZSi3N4 +14ZAL2 O3=21S46-zAlZON8-Z+ SigaL, N

5 -sialon的发现 ➢ 由于Si3N4存在与两种晶型，因此将固溶在 -Si3N4固溶体称为-Si3N4 , 后来称为- Sialon，目前简称为-Sialon。化学通式用为 Si6-ZAlZOZN8-Z ，Z 表示氮化硅中被取代的硅 原子和氮原子数目。 ➢ (6-Z)Si3N4 + ZAl2O3 + ZAlN = 3Si6-ZAlZOZN8-Z ➢ (42-4Z)Si3N4 +14ZAl2O3 = 21Si6-ZAlZOZN8-Z ＋ Zsi9Al7O21N5

β- sialon材料的性能 >阝- Sialon是 Sialon系列中抗氧化性能、耐高温 性能和热稳定性最佳的一种固溶体; >阝- Sialon的热膨胀系数[2-3×10-6(1/℃), 稍低于阝-SN4,而导热系数比β-Si3N4要低 得多,并且具有优良的抗热震稳定性。 具有优良的抗熔铁和熔渣侵蚀性; >阝- Sialon因保持有氮化硅的晶格,所以具有良 好的机械强度、硬度等物理特性

6 -sialon材料的性能 ➢ β-Sialon是Sialon系列中抗氧化性能、耐高温 性能和热稳定性最佳的一种固溶体 ； ➢ β-Sialon的热膨胀系数[2-3X10-6(1/℃)]， 稍低于β-Si3N4，而导热系数比β-Si3N4要低 得多，并且具有优良的抗热震稳定性 。 ➢ 具有优良的抗熔铁和熔渣侵蚀性 ； ➢ β-Sialon因保持有氮化硅的晶格，所以具有良 好的机械强度、硬度等物理特性

β-5aon材料的应用 轴承、密封件、焊接套管和定位梢,汽车内 燃机挺杆; 连铸分流环、热电偶保护管、坩埚、铜、铝合 金管拉拔芯棒、滚轧、挤压、压铸模具; 透明陶瓷,作为大功率高压钠灯灯管,高温红 外测温仪窗口; 人工关节

7 β-Sialon材料的应用 • 轴承、密封件、焊接套管和定位梢 ，汽车内 燃机挺杆 ； • 连铸分流环、热电偶保护管、坩埚、铜、铝合 金管拉拔芯棒、滚轧、挤压、压铸模具 ； • 透明陶瓷，作为大功率高压钠灯灯管，高温红 外测温仪窗口； • 人工关节

合成B-saon工艺条件的热力学研究 si3N4A2O3和AN合成 °金属Si、A和Al2O3合成 高岭土或煤矸石等合成。 应满足的基本热力学条件只有一个,即β sialon能稳定存在的温度及氧分压的条件

8 合成-sialon工艺条件的热力学研究 •Si3N4、 Al2O3和AlN合成 ； •金属Si、Al和Al2O3合成 ； •高岭土或煤矸石等合成 。 应满足的基本热力学条件只有一个，即- sialon能稳定存在的温度及氧分压的条件

煤矸石合成β- sialon 煤矸石中的高岭石分解为莫来石、二氧化硅 等 形成33R、碳化硅及氧化铝等中间产物; 形成β- sialon

9 煤矸石合成-sialon • 煤矸石中的高岭石分解为莫来石、二氧化硅 等 ； • 形成33R、碳化硅及氧化铝等中间产物 ； • 形成-sialon

煤矸石合成β- sialon 1450C时煤矸石的形貌 1600C2h后β- halon的形貌 10

10 煤矸石合成-sialon 1450oC时煤矸石的形貌 1600oC×2h后-sialon的形貌