《无机材料科学基础》课程教学资源（文献资料）逆反应烧结法制备刚玉氮化硅复合耐火材料

逆反应烧结法制备刚玉氮化硅复合耐火材料一、非氧化物复合耐火材料的发展和传统制备方法随着近代高温结构材料研究与应用的迅速发展，传统的耐火材料正向高技术、高性能、精密化、“功能化”方向发展，材质从以氧化物为主演变到氧化物与非氧化物并重的复合耐火材料方向上来。因为对于氧化物来说，仅以其单一物质制成材料，其抗热震稳定性、抗渣侵蚀（或渗透）能力均不太理想；而非氧化物，例如碳化物、氮化物、氧氮化物、赛隆、阿隆等与氧化物相比，一般具有较小的热膨胀系数、与熔渣、铁水润湿性差而抗侵蚀性能优异。因此，将氧化物与非氧化物复合，可制备出兼具有各自特点的优良耐火材料。但是制备非氧化物复合耐火材料，一般都是在氮化窑炉中进行反应烧结的，因此原料成本较高、氮化烧成工艺较复杂、氮化窑炉建设投资大造成制品价格过高；另外在烧成大体积制品时，内部氮化难以完全，影响了产品的质量稳定性和制成大规格制品[2]。二、逆反应烧结法制备原理和特点为了简化烧结工艺，降低制备成本，北京科技大学的洪彦若教授等提出了利用逆反应烧结法制备非氧化物复合耐火材料的新思想，逆反应烧结法的基本思想是用氮化物（或非氧化物）与氧化物（或非氧化物）为原料，在氧化气氛下烧制时部分非氧化物氧化形成新生态的氧化物，从而造成活性烧结将高熔点的组元烧结在一起，它与常规工艺相反，是以牺牲部分氮化物（或非氧化物）将其烧结成非氧化物复合材料“3]。由于逆反应烧结过程反应形成氧化物时伴随有体积膨胀及高反应活性等特性，因此逆反应烧结法的反应烧结过程具有由外而内的的逐步反应烧结特征。采用逆反应烧结法制备的氧化物一非氧化物复合高温结构材料，可获得自材料表面至材料内部在材料结构与性能方面呈逐步变化的功能梯度材料，该种具有功能梯度特征的氧化物一非氧化物复合高温结构材料不但可应用于钢铁冶金行业，还可以应用于航天军工领域，是一种耐高温烧蚀、抗热震的新型功能梯度高温结构材料，具有广阔的应用前景。三、逆反应烧结法应用举例-刚玉氮化硅复合耐火材料的制备1.逆反应烧结法制备刚玉氮化硅材料的热力学计算和分析对于具有气相的变价氧化物，它们的氧化不符合进阶规律，生成的氧化物的类型不仅决定于氧分压还决定于亚氧化物分压的大小。Si3N4材料氧化的生成物到底是SiOz还是SiO决定于亚氧化硅和氧的分压。为此，首先讨论如下反应：(1)Si0(g)+1/202(g)=Si02(s)△G=—812.14+0.32518T-0.0191T1og（Psio/P"）·（Po./P）/2

逆反应烧结法制备刚玉氮化硅复合耐火材料 一、非氧化物复合耐火材料的发展和传统制备方法 随着近代高温结构材料研究与应用的迅速发展，传统的耐火材料正向高技 术、高性能、精密化、“功能化”方向发展，材质从以氧化物为主演变到氧化物 与非氧化物并重的复合耐火材料方向上来[ 1 ]。因为对于氧化物来说，仅以其单 一物质制成材料，其抗热震稳定性、抗渣侵蚀（或渗透）能力均不太理想；而非 氧化物，例如碳化物、氮化物、氧氮化物、赛隆、阿隆等与氧化物相比，一般具 有较小的热膨胀系数、与熔渣、铁水润湿性差而抗侵蚀性能优异。因此，将氧化 物与非氧化物复合，可制备出兼具有各自特点的优良耐火材料。 但是制备非氧化物复合耐火材料，一般都是在氮化窑炉中进行反应烧结的， 因此原料成本较高、氮化烧成工艺较复杂、氮化窑炉建设投资大造成制品价格过 高；另外在烧成大体积制品时，内部氮化难以完全，影响了产品的质量稳定性和 制成大规格制品[2]。 二、逆反应烧结法制备原理和特点 为了简化烧结工艺，降低制备成本，北京科技大学的洪彦若教授等提出了利 用逆反应烧结法制备非氧化物复合耐火材料的新思想，逆反应烧结法的基本思想 是用氮化物（或非氧化物）与氧化物（或非氧化物）为原料，在氧化气氛下烧制 时部分非氧化物氧化形成新生态的氧化物，从而造成活性烧结将高熔点的组元烧 结在一起，它与常规工艺相反，是以牺牲部分氮化物（或非氧化物）将其烧结成 非氧化物复合材料[3]。 由于逆反应烧结过程反应形成氧化物时伴随有体积膨胀及高反应活性等特 性，因此逆反应烧结法的反应烧结过程具有由外而内的的逐步反应烧结特征。采 用逆反应烧结法制备的氧化物－非氧化物复合高温结构材料，可获得自材料表面 至材料内部在材料结构与性能方面呈逐步变化的功能梯度材料，该种具有功能梯 度特征的氧化物－非氧化物复合高温结构材料不但可应用于钢铁冶金行业，还可 以应用于航天军工领域，是一种耐高温烧蚀、抗热震的新型功能梯度高温结构材 料，具有广阔的应用前景。 三、逆反应烧结法应用举例 -刚玉氮化硅复合耐火材料的制备 1. 逆反应烧结法制备刚玉氮化硅材料的热力学计算和分析 对于具有气相的变价氧化物，它们的氧化不符合进阶规律，生成的氧化物的 类型不仅决定于氧分压还决定于亚氧化物分压的大小。Si3N4 材料氧化的生成物 到底是 SiO2还是 SiO 决定于亚氧化硅和氧的分压。 为此，首先讨论如下反应： SiO(g)＋1/2O2(g) = SiO2(s) (1) △G1=－812.14＋0.32518T－0.0191Tlog( PSiO /Pθ )·（ O2 P /Pθ）1/2

当反应达到平衡时，△G,=0，则1og(Pso/P°)（Po,/P）/2=-42471/T+17.01即，1og（Psio/P）+1/21og（Po,/P)=-42471/T+17.01按上式作不同温度下1og（Psio/P"）和log（Po/P）的关系图0-2PP0061873K1823K1773K-100000中1873K000000-12-14--5-43-6-210log(Psio/P°)图1在Si0存在时Si0与02分压的关系由图1可知，随着温度升高，与Si0平衡的02分压升高；温度一定时，随着02分压的降低，Si0的分压升高。在1873K下，两者相等的分压为1og（Psio/P°）=1og（Po,/P"）=—3.78，即Po，=1.7×10"MPa时，Psio也达到相同的1.7X10~MPa。文献称氧分压小于此值后的氧化为活性氧化，大于此值的氧化成为钝化氧化。在活性氧化时，气态的亚氧化硅已能较明显逸出。但是很明显，此时的逸出量还很少。只有当氧分压降低至1og（Po/P")=一11.33时，1og（Pso/P")=0，即Pso=0.1MPa，SiO达到“沸腾”的压力，才能显著向外挥发。也表明O2分压降低到该值后SiN4只能氧化成SiO。因此，文献将（Psio/P")=1时的（Po,/P"）值称为“转换氧分压”。根据相关资料提供的热力学数据，绘制1873K时Si-0-N相稳定图如下

当反应达到平衡时，△G1=0，则 log( PSiO /Pθ )·（ O2 P /Pθ）1/2 =－42471/T＋17.01 即，log( PSiO /Pθ )＋1/2log( O2 P /Pθ )=－42471/T＋17.01 按上式作不同温度下 log( PSiO /Pθ )和 log( O2 P /Pθ )的关系图 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 log(PSiO/P0 ) log(PO2/P 0) 1773K 1823K 1873K 活活活活活 活活活活活 PSiO=PO2 1873K活活活活活活 图 1 在 SiO2 存在时 SiO 与 O2 分压的关系 由图 1 可知，随着温度升高，与 SiO 平衡的 O2分压升高；温度一定时，随 着 O2分压的降低，SiO 的分压升高。在 1873K 下，两者相等的分压为 log( PSiO /P θ ) = log( O2 P /Pθ ) =－3.78，即 O2 P = 1.7×10-5 MPa 时， PSiO 也达到相同的 1.7×10-5 MPa。文献称氧分压小于此值后的氧化为活性氧化，大于此值的氧化成 为钝化氧化。在活性氧化时，气态的亚氧化硅已能较明显逸出。但是很明显，此 时的逸出量还很少。只有当氧分压降低至 log( O2 P /Pθ )=－11.33 时，log( PSiO /P θ )=0，即 PSiO =0.1MPa, SiO 达到“沸腾”的压力，才能显著向外挥发。也表明 O2分压降低到该值后 Si3N4只能氧化成 SiO。因此，文献将( PSiO /Pθ )=1 时的（ O2 P /P θ）值称为“转换氧分压”。 根据相关资料提供的热力学数据，绘制 1873K 时 Si-O-N 相稳定图如下：

10Si,N4Si,N,o-1-22-30SiO2Si-4-5-6-22-20-18-16-14-12-10logPo,/pe图2Si-O-N系相稳定图（1873K）由图2可知，在1873K时，当刚玉-氮化硅复合材料在空气中烧结时，表面的Si3N4首先被氧化成二氧化硅，即按下式反应(2)Si3N4(s)+302(g)=3SiO2(s)+2N2(g)△G2=-1991.33+0.20794T+0.0191T[1og（PN,/P)2-1og（Po,/P)3]在空气中时，PN,/P=0.78，Po/P=0.21△G2=-1991.33+0.2427T即在烧结温度下，该反应总是可以进行的。生成二氧化硅后，在试样表面形成致密氧化膜，将材料封闭起来，外面的02很难进入到材料中，同时反应（2)的进行使氧化层的02分压降低，并且越往试样内部，02分压越降低，在1873K时当降至1og（Psio/P）=一11.33时，反应将转化为生成Si0的反应(3)式进行。(3)Si3N4(s)+3/202(g)=3Si0(g)+2N,(g)生成的Si0（g）扩散出来和A1203进行如下反应（4）(4)3Al20(s)+2Si0(g)+202(g)=3A1203·2Si02(s)生成莫来石，体积膨胀，形成致密层，即由于致密层的存在而阻碍氮化硅的继续氧化，这种材料本身就有一种阻碍继续氧化的能力，称之为“自阻碍氧化性能”，致密的刚玉氮化硅复合材料具有这种“自阻碍氧化性能”，所以在空气中烧成时，氮化硅能保留下来，在材料中继续发挥其特性。生成的莫来石和氮化硅又可形成X相，反应式如下反应（5）(5)3(3Al2032Si02)(s)+2Si3N4(s)=Si12Al1803gN(s)△Gs=-81.62-0.1363T即在烧结温度下，该反应总是可以进行的。且根据研究，在1600℃时，X相稳定存在的氧分压范围大约是1og（Po/P")=一14.0~一15.0，而此氧分压低于

-22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 SiO2 Si2N2O Si Si3N4 logPO2/Pθ logPN2/P θ 图 2 Si-O-N 系相稳定图（1873K） 由图 2 可知，在 1873K 时，当刚玉-氮化硅复合材料在空气中烧结时，表面 的 Si3N4 首先被氧化成二氧化硅，即按下式反应 Si3N4(s)+3O2(g)=3SiO2(s)+2N2(g) （2） △G2=－1991.33+0.20794T+0.0191T[log( N 2 P /P θ ) 2 -log( O2 P /P θ ) 3 ] 在空气中时， N 2 P /P θ =0.78， O2 P /P θ =0.21 △G2=－1991.33+0.2427T 即在烧结温度下，该反应总是可以进行的。 生成二氧化硅后，在试样表面形成致密氧化膜，将材料封闭起来，外面的 O2很难进入到材料中，同时反应(2)的进行使氧化层的 O2分压降低，并且越往试 样内部，O2分压越降低，在 1873K 时当降至 log( PSiO /Pθ )=－11.33 时，反应将 转化为生成 SiO 的反应(3)式进行。 Si3N4(s)+3/2O2(g)=3SiO (g)+2N2(g) (3) 生成的 SiO(g)扩散出来和 Al2O3进行如下反应(4) 3Al2O3(s)+2SiO(g)＋2O2(g)=3Al2O3·2SiO2(s) (4) 生成莫来石，体积膨胀，形成致密层，即由于致密层的存在而阻碍氮化硅的 继续氧化，这种材料本身就有一种阻碍继续氧化的能力，称之为“自阻碍氧化性 能”，致密的刚玉氮化硅复合材料具有这种“自阻碍氧化性能”，所以在空气中烧 成时，氮化硅能保留下来，在材料中继续发挥其特性。 生成的莫来石和氮化硅又可形成 X 相，反应式如下反应(5) 3(3Al2O3·2SiO2)(s)+2Si3N4(s)=Si12Al18O39N8(s) (5) △G5=－81.62－0.1363T 即在烧结温度下，该反应总是可以进行的。且根据研究，在 1600℃时，X 相稳定存在的氧分压范围大约是 log( O2 P /Pθ )=－14.0~－15.0，而此氧分压低于

该温度下“转换氧分压”，因此，若出现X相，也可以说明氧分压是低到足以使反应（4)能够发生的。2.试验过程主要原料为刚玉粉和氮化硅粉理化指标如下：表1刚玉化学组成（质量百分数%）Al203Na20Fe203Si02Cao99.800.080.020.030.02表2氮化硅的理化性质项目规格值标准值Si57.8≥55.0N36.5≥35.0化学分析，%Fe2.0≤3.001.8≤3.0体积密度，（g/cm2）≥3.2≤30.5>300μm90<75μm≥88粒度分析，%76<45μm70~803527~42<10μm≥90主要矿物，β-Si,N%按设计配料表配料，将配合料置于刚玉罐中，以刚玉球为介质，按球：料：水=3：1：2的比例共磨2小时，粉料随后烘干，取少量粉体进行差热分析，和等温、非等温动力学分析；其余粉料充分混合均匀后，在电动油压机压制成Φ25mm×20mm的圆柱样，成型压力为100MPa，素坏经100℃，24小时干燥后于不同温度不同气氛下烧成。检测其常规性能指标，并运用XRD、SEM、EDS等技术手段研究其物相和显微结构。3.逆反应烧结法制备刚玉氮化硅材料的动力学机理不同气氛条件对试样烧结情况的影响见表3表3试样1600℃不同气氛下的烧结情况烧结条件氮气下埋碳空气下埋碳空气气氛表面平整，断面表面平整，断面外侧外表面形成均匀致密外观呈均匀的浅绿呈黑色，内侧呈浅绿黄褐色保护膜，断面分色。色。为氧化层和致密层。体积密度（g/cm3）2.282.342.3834.1533.725.15显气孔率（%）186314198耐压强度（MPa）-4.1-5.6增重率（%）+3.9

该温度下“转换氧分压”，因此，若出现 X 相，也可以说明氧分压是低到足以使 反应(4)能够发生的。 2.试验过程 主要原料为刚玉粉和氮化硅粉理化指标如下： 表 1 刚玉化学组成（质量百分数%） Al2O3 Na2O Fe2O3 Si02 CaO 99.80 0.08 0.02 0.03 0.02 表 2 氮化硅的理化性质 项目 规格值 标准值 化学分析，% Si ≥55.0 57.8 N ≥35.0 36.5 Fe ≤3.0 2.0 O ≤3.0 1.8 体积密度，（g/cm3） ≥3.2 粒度分析，% ＞300μm ≤3 0.5 ＜75μm ≥88 90 ＜45μm 70～80 76 ＜10μm 27～42 35 主要矿物，β-Si3N4% ≥90 按设计配料表配料，将配合料置于刚玉罐中，以刚玉球为介质，按球：料： 水=3：1：2 的比例共磨 2 小时，粉料随后烘干，取少量粉体进行差热分析，和 等温、非等温动力学分析；其余粉料充分混合均匀后，在电动油压机压制成φ 25mm×20mm 的圆柱样，成型压力为 100MPa，素坯经 100℃，24 小时干燥后， 于不同温度不同气氛下烧成。检测其常规性能指标，并运用 XRD、SEM、EDS 等 技术手段研究其物相和显微结构。 3. 逆反应烧结法制备刚玉氮化硅材料的动力学机理 不同气氛条件对试样烧结情况的影响见表 3 表 3 试样 1600℃不同气氛下的烧结情况 烧结条件 氮气下埋碳 空气下埋碳 空气气氛 外观 表面平整，断面 呈均匀的浅绿 色。 表面平整，断面外侧 呈黑色，内侧呈浅绿 色。 外表面形成均匀致密 黄褐色保护膜，断面分 为氧化层和致密层。 体积密度（g/cm3） 2.28 2.34 2.38 显气孔率（%） 34.15 33.7 25.15 耐压强度（MPa） 186 198 314 增重率（%） -4.1 -5.6 +3.9

可见，试样在氧化条件下烧结后，体积密度较大，显气孔率较低，耐压强度也较大，说明其烧结情况较好。相比之下，氮气下埋碳条件和空气下埋碳条件都不能良好烧结，原因是氮化烧结温度太低，又没采用热压烧结，很难将共价化合物烧结在一起，这也是耐火材料工作者经常用Si氮化法反应烧结的原因。但是，氮化反应烧结需在氮化炉中进行，生产成本高。在空气下埋碳烧成时工艺较氮化炉简单，但氮化硅会转化为同样是共价键的碳化硅，也不好烧结。因此，本研究旨在探索消耗部分Si3N4而在氧化气氛中烧结的途径，即“逆反应烧结法”，使烧结可在普通的炉子中进行，大力降低制造成本。A:AI,O,N:B-SIN.MA,S.+:SIO,SdTo+图3试样氧化条件烧成后氧化层的XRD图谱AAl,O,NB-S,N.M:A,S.X:Si,Al,O,.NOW802Theta,图4试样氧化条件烧成后非氧化层的XRD图谱试样氧化烧成后，试样表面形成了致密的氧化膜，并且增重。端面明显分为氧化层和非氧化层，其间有一沉积致密层。当然致密层的形成与否，是由多种因素决定的，诸如氮化硅的粒度、加入量，材料的致密程度及升温速率等等。致密层如下图5和6所示

可见，试样在氧化条件下烧结后，体积密度较大，显气孔率较低，耐压强 度也较大，说明其烧结情况较好。相比之下，氮气下埋碳条件和空气下埋碳条 件都不能良好烧结，原因是氮化烧结温度太低，又没采用热压烧结，很难将共 价化合物烧结在一起，这也是耐火材料工作者经常用 Si 氮化法反应烧结的原 因。但是，氮化反应烧结需在氮化炉中进行，生产成本高。在空气下埋碳烧成 时工艺较氮化炉简单，但氮化硅会转化为同样是共价键的碳化硅，也不好烧结。 因此，本研究旨在探索消耗部分 Si3N4 而在氧化气氛中烧结的途径，即“逆反 应烧结法”，使烧结可在普通的炉子中进行，大力降低制造成本。 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A A A:Al2O3 N:−Si3N4 M:A3S2 +:SiO2 A A N A A AM M A NM A M A M M M AM N + A NM M N M M A N + M N CPS 2Theta/° 图 3 试样氧化条件烧成后氧化层的 XRD 图谱 10 20 30 40 50 60 70 80 90A A A A A:Al2O3 N:−Si3N4 M:A3S2 X:Si12Al18O39N8 X N N A A XM N XNMA A A XM AN NM A NM NM XM AM N A XM X X N M X AM N A XN X X M XN X CPS 2Theta/° 图 4 试样氧化条件烧成后非氧化层的 XRD 图谱 试样氧化烧成后，试样表面形成了致密的氧化膜，并且增重。端面明显分为 氧化层和非氧化层，其间有一沉积致密层。当然致密层的形成与否，是由多种因 素决定的，诸如氮化硅的粒度、加入量，材料的致密程度及升温速率等等。致密 层如下图 5 和 6 所示

Pmm:10.07Pr图5空气气氛烧成后试样显微结构图ge:10.ke2500Elenent LineWeight% Erro R-RatioCats/s Atonic%0Ea83.220.6470.100952.7045.69INgEa2.760.071-0.019329.802.502000A142.43&52.030.2900.3887643.62Sika11.990.179 0.053889.739.391500图61点的EDS分析图谱结合X-光衍射结果，可以判断1处为莫来石和刚玉形成的固溶体。由图3可见，氧化层的物相组成为刚玉，氮化硅、莫来石和石英，氮化硅还能保留下来，说明氮化硅只是部分氧化：由图4可见，非氧化层的物相组成为刚玉、氮化硅、莫来石和X相，氮化硅峰强度明显强于氧化层，说明氧化程度较轻，保留下来的氮化硅较多。并且氧化层和非氧化层之间存在一致密层，致密层的形成如前所述。可见，熔点很高的氮化硅和刚玉之所以能够烧结，原因是氮化硅能在相应的条件下氧化形成二氧化硅，新生态的二氧化硅使烧结成为活性烧结，而将两个高熔点的化合物烧结在一起。二氧化硅继续和刚玉反应生成高熔点的结合相莫来石及X相。同时，在氧化条件烧结时，刚玉氮化硅材料中由于能形成致密层，而使得氮化硅保留下来。这就是逆反应烧结法制备刚玉氮化硅材料的动力学机理。将试样AN-1、AN-2、AN-3、AN-4在空气气氛中1600℃保温2小时烧成，烧后试样的性能指标如下表4。表4氮化硅加入量对复合材料的性能AN-1AN-2AN-3AN-4试样编号2550氮化硅加入量（%）12.537.52.442.402.382.34体积密度，g/cm320.916.8325.1526.17显气孔率，%

图 5 空气气氛烧成后试样显微结构图 图 6 1 点的 EDS 分析图谱 结合 X-光衍射结果，可以判断 1 处为莫来石和刚玉形成的固溶体。 由图 3 可见，氧化层的物相组成为刚玉，氮化硅、莫来石和石英，氮化硅还 能保留下来，说明氮化硅只是部分氧化；由图 4 可见，非氧化层的物相组成为刚 玉、氮化硅、莫来石和 X 相，氮化硅峰强度明显强于氧化层，说明氧化程度较轻, 保留下来的氮化硅较多。并且氧化层和非氧化层之间存在一致密层，致密层的形 成如前所述。可见，熔点很高的氮化硅和刚玉之所以能够烧结，原因是氮化硅能 在相应的条件下氧化形成二氧化硅，新生态的二氧化硅使烧结成为活性烧结，而 将两个高熔点的化合物烧结在一起。二氧化硅继续和刚玉反应生成高熔点的结合 相莫来石及 X 相。同时，在氧化条件烧结时，刚玉氮化硅材料中由于能形成致密 层，而使得氮化硅保留下来。这就是逆反应烧结法制备刚玉氮化硅材料的动力学 机理。 将试样 AN-1、AN-2、AN-3、AN-4 在空气气氛中 1600℃保温 2 小时烧成，烧 后试样的性能指标如下表 4。 表 4 氮化硅加入量对复合材料的性能 试样编号 AN-1 AN-2 AN-3 AN-4 氮化硅加入量（%） 12.5 25 37.5 50 体积密度，g/cm3 2.44 2.40 2.38 2.34 显气孔率，% 16.83 20.9 25.15 26.17

330297346314耐压强度，MPa表面形不成表面成膜，但不表面形成均匀外观情况膜，断口呈均表面氧化膜鼓泡连续连续氧化膜匀白色由上表4可知，随着氮化硅加入量的增加，复合材料的体积密度减小，显气孔率增大，耐压强度变小。说明氮化硅加入量越多，材料的烧结性变差。A:A1,03AAM:3A1,0,·2Si02AAA0MAAAAMMMLLLA603040507000902Theta/"图7试样AN-1空气中1600℃烧成后XRD图谱由X-射线衍射结果可知，AN-1中只有刚玉和莫来石，已经不存在氮化硅，氮化硅被氧化始尽，因此，尽管其烧结性能最好，但已没有意义：而试样AN-2表面形不成连续的氧化膜，可能和氮化硅的加入量不足，生成的玻璃相过少有关；至于AN-4表面鼓泡，可能是氮化硅含量过高，氧化剧烈而使得表面氧化膜中气压过高而出现鼓泡。而试样AN-3中由于氮化硅加入量较适中，故既能达到较好烧结，而且氮化硅还能保留下来。之所以如此，与材料表面形成的致密氧化膜密切相关。因此，对逆反应烧结机理比较重要的影响因素有烧结气氛，氮化硅的加入量，烧结温度。在本试验条件下，最佳的烧结温度为1600℃，氮化硅的加入量为37.5%质量分数。参考文献：[1]】李文超.新型耐火材料理论基础一近代陶瓷复合材料的物理化学设计.北京，地质出版社，2001，1[2]陈仕华。宝钢高炉用β-Sialon结合刚玉砖的研究：【博士学位论文].北京：北京科技大学，2004[3]洪彦若，孙加林，王玺堂等，非氧化物复合耐火材料.北京：冶金工业出版社，2003：56-57

耐压强度，MPa 346 330 314 297 外观情况 表面形不成 膜，断口呈均 匀白色 表面成膜，但不 连续 表面形成均匀 连续氧化膜 表面氧化膜鼓泡 由上表 4 可知，随着氮化硅加入量的增加，复合材料的体积密度减小，显气 孔率增大，耐压强度变小。说明氮化硅加入量越多，材料的烧结性变差。 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A:Al2O3 M:3Al2O3·2SiO2 M M A A A A A A A A A A A M A M CPS 2Theta/° 图 7 试样 AN-1 空气中 1600℃烧成后 XRD 图谱 由 X-射线衍射结果可知，AN-1 中只有刚玉和莫来石，已经不存在氮化硅， 氮化硅被氧化殆尽，因此，尽管其烧结性能最好，但已没有意义；而试样 AN-2 表面形不成连续的氧化膜，可能和氮化硅的加入量不足，生成的玻璃相过少有关； 至于 AN-4 表面鼓泡，可能是氮化硅含量过高，氧化剧烈而使得表面氧化膜中气 压过高而出现鼓泡。而试样 AN-3 中由于氮化硅加入量较适中，故既能达到较好 烧结，而且氮化硅还能保留下来。之所以如此，与材料表面形成的致密氧化膜密 切相关。 因此，对逆反应烧结机理比较重要的影响因素有烧结气氛，氮化硅的加入量， 烧结温度。在本试验条件下，最佳的烧结温度为 1600℃，氮化硅的加入量为 37.5% 质量分数。 参考文献： [1] 李文超.新型耐火材料理论基础—近代陶瓷复合材料的物理化学设计.北京， 地质出版社，2001， 1 [2]陈仕华。宝钢高炉用β-Sialon 结合刚玉砖的研究：[博士学位论文].北京： 北京科技大学，2004 [3] 洪彦若，孙加林，王玺堂等，非氧化物复合耐火材料.北京：冶金工业出版 社，2003：56-57