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配碳量对锆英石和氧化铝碳热还原氮化合成ZrN-SiAlON的影响

ISSN号：1001-1935
期刊名称：耐火材料
时间：2012.2.15
页码：22-24
分类：TQ175.1[化学工程—硅酸盐工业]
作者机构：[1]中国地质大学（北京）材料科学与工程学院,北京100083
相关基金：国家自然基金项目（51032007和50972134）; 中央高校基本科研业务费重点项目（2010ZD12）; 培育项目（2011PY0172）资助
相关项目：非氧化物复相耐火材料的免烧成技术及性能研究

关键词：配碳量, 锆英石, 工业氧化铝, 碳热还原氮化法, ZrN-SiAlON复相材料, carbon coke addition, zircon, industrial alumina, carbothermal reduction nitridation process, zirconium nitride-SiAlON composites

中文摘要：

为了降低合成成本,以低能耗、低成本的天然锆英石、工业氧化铝和焦炭为原料,采用碳热还原氮化法合成了ZrN-SiAlON复相材料。根据反应方程式3Al2O3＋6ZrSiO4＋27C＋8N 26ZrN＋2Si3Al3O3N5＋27CO设计锆英石和工业氧化铝的原料配比,改变还原剂焦炭的配入质量分数（分别为理论用量、过量5%、过量10%、过量20%）,经球磨混合、成型、干燥后,在流动氮气中分别于1 500、1 550、1 600℃保温4 h合成,自然冷却后分析合成产物的相组成和显微结构。结果表明：1）在合成温度为1 500℃时,配碳量的增加有助于ZrN的生成;2）在合成温度为1 550℃时,配炭量过量20%的试样中有15R型的多型体SiAlON（即SiAl4O2N4）生成;3）在合成温度为1 600℃时,配碳量为理论量和过量5%的试样中的多型体SiAlON为15R型,而配碳过量10%和20%的试样中的多型体SiAlON则主要为12H型（即SiAl5O2N5）。

英文摘要：

Natural zircon,alumina and carbon coke were used as starting materials for the preparation of ZrN-SiAlON composite by carbonthermal reduction nitridation.The mass ratio of zircon and industrial alumina was designed according to equation 3Al2O3＋6ZrSiO4＋27C＋8N2 6ZrN＋2Si3Al3O3N5＋27CO.The additions of carbon coke were stoichiometric amount,excess 5 mass%,excess 10 mass% and excess 20 mass%,respectively.After ball-milling,molding,drying and firing at 1 500,1 550 and 1 600 ℃ for 4 h under flowing nitrogen followed by natural cooling down to room temperature,respectively,the phase compositions and microstructure of the synthetic products were investigated.The results show that：（1）increasing coke content is beneficial to the formation of ZrN at 1 500 ℃;（2）when the firing temperature is 1 550 ℃,there is 15R-SiAl4O2N4（SiAl4O2N4） in the products with excess 20 mass% carbon coke addition;（3）when the firing temperature is 1 600 ℃,there is 15R-SiAl4O2N4 in the products with stoichiometric or excess 5 mass% carbon coke addition and there is 12H-SiAl4O2N4（SiAl5O2N5） in the products with excess 10 mass% or excess 20 mass% carbon coke addition.