耐高温陶瓷材料的研究现状.pdf

耐高温陶瓷材料的研究现状袁源中国地质大学(北京)材料科学与工程学院 00083 姆jl繁簪毒童萋鼍{;};Ij_-j?I j毫毫薯董i麓i零鬻i薯ji|。! 在高温作业中,耐高温陶瓷材料起着非常重要的作用。本文通过查阅相关文献,阐述了新型耐高温陶瓷材料复合化的研究现状,综述了各种复合耐高温陶瓷材料的性质特点, 预测了今后耐高温陶瓷材料的发展趋势。攀濠疑囊i蕊?lii≯爹。j j誊§|誊鼍-≯ti鼍譬j?毫jj 耐高温;陶瓷;复合材料 1引言近年来,由于冶炼及其他热工设备对耐高温陶瓷材料制品提出的要求越来越{ 高,航空航天工业的飞速发展也刺激了耐高温陶瓷的发展,因此其质量不断提l 高,品种不断改善。现在单一组分的耐i 高温陶瓷材料,如氧化铝、碳化硅和氮化硅等,已经无法满足高温操作的要1 求,各类具有优越性能的新型复合耐高温陶瓷材料成为了人们关注的热点。 2新型复合耐高温陶瓷材料单一组分的耐高温陶瓷材料因其成分的单一,在:洼质上存在着明显的不足, 如刚玉材料,烧结温度高,烧结体的热膨胀系数大,抗热震性差,碳化硅陶瓷材料的抗氧化性较差等。而且耐高温陶瓷材料在使用中,加工困难,抗热震性差,不易进行粘结等缺点,也促使了耐高温陶瓷材料复合化的发展。 (SiMon) Sialon其晶体结构和si,N。相似,但比Si,N。容易烧结。Sialon分为旺型、p 型、0型、X型和A1N型。d Sialon的特点是硬度高,耐磨性、抗氧化性和耐高l 温性好,缺点是强度不及p SiMon;而1 p-Sialon的抗热震性优于p—Si,N。,且与熔融金属的相容性好,不易腐蚀;O— Sialon的抗氧化性是在各种Sialon材料中最佳的,但得到单相的O-Sialon非常困难,不加烧结助剂很难制备致密的0一! Sialon;对X-Sialon的报道较少,在弱氧化气氛中X-Sialon是最稳定的,而在中性} 和弱还原气氛中不稳定,X~Sialon能降低制品的机械性能,且能减少热膨胀系数和提高氧化性。Sialon材料在常温和高温时强度高,化学稳定性好,耐磨性和热稳定性良好,且密度较低,被广泛运用在石油、; 冶金等领域。 、刚玉等耐! 高温材料的结合剂,所以在其基础上发展了Sialon复合相耐高温材料。Sialon结合SiC材料常用于高炉中最易损毁的炉件部位,效果优于黏土砖和高铝砖。SiMon 结合刚玉耐高温材料改善了纯刚玉材料抗1 侵蚀性、耐氧化性和热稳定性差的情况。Sialon/Si,N。结合SiC和Sialon结合l 刚玉耐高温材料对提高高炉内衬材料的寿命做出了贡献,但Sialon/Si, 耐高温材料的抗碱侵蚀能力差,而SiMon。结合刚玉耐高温材料高温强度和抗热震性较差。黄朝晖等发现,使用其氮化烧结技术,能制备主晶相为SiC和刚玉,结合相为p-Sialon的D—Sialon—A1,0。一SiC 系复相高级耐高温陶瓷材料。该种复合材料在高温下的抗折强度比室温时高, 且该种材料具有比Sialon/Si, 材料更优异的抗熔碱侵蚀能力。刚玉相的增加使得其抗熔碱侵蚀能力增强,抗高炉渣侵蚀能力略降。为了提高Sialon耐高温材料在高温下的使用性质,其复合化发展必成为今后的趋势。各种耐高温材料间的相互复合,弥补了各自性质上的不足,进一步满足高温作业。 ,最为常见的是金属表面的耐高温陶瓷涂层材: 料,无机非金属表面的耐高温陶瓷涂层 104 材料和陶瓷塑料。金属材料因其优越的性质被广泛运用,但其耐腐蚀、抗氧化和耐高温等性质均不理想,因此必须对其进行涂层保护,而作为涂层使用的材料首选化学稳定性好的耐高温陶瓷材料。金属表面的耐高温陶瓷涂层的研究, 侧重点在对各种热工机械易损零部件寿命的延长上。周健儿等采用粘结料与Cr,0, 制成料浆,在FeCrAl合金表面喷涂后熔烧制备了耐高温抗氧化涂层。研究表明,Cr,0。、粘结料和基体之间在熔烧过程中发生了复杂的物理化学反应,形成了中间层,中间层的作用是提高了样品在高温下的抗氧化作用。赖琛等研究了骨料为陶瓷颗粒,基料为磷酸二氢铝且添加多种无机填料的金属用耐高温陶瓷涂料,能够合成酸度适中,附着性良好的无机基料,而骨料与基料的配比适当时, 涂层中骨料能够形成紧密堆积,使涂层结构致密,耐磨性较好。吴安如等用流涂工艺在工业纯钛上获得了含纳米镍微粒的高温超细陶瓷涂层,发现通过增加纳米镍微粒,涂层在高温时的抗氧化性能得到改善, 同时纳米镍微粒能提高其结合力和抗氧化性。杨大正等将一定配比的CrO,粉与Al 粉加入适量的A1,0,粉、NaF粉和结合剂混匀后,压入高炉风口的型