β-SiAlON结合刚玉复合材料的热震-氧化行为研究

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2021.05.010

耐火材料 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (5): 417-422.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2021.05.010

β-SiAlON结合刚玉复合材料的热震-氧化行为研究

田学坤¹⁾(), 文钰斌¹⁾, 凌永一¹⁾, 王珍¹⁾, 杨金松²⁾, 刘新红¹⁾()

1) 郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室河南郑州 450052
2) 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司河南洛阳 471039

收稿日期:2021-07-28 出版日期:2021-10-15 发布日期:2021-10-25
通讯作者: 刘新红,女,1973年生,教授。E-mail: liuxinhong@zzu.edu.cn
作者简介:田学坤:男,1995年生,博士研究生。E-mail: 2580931557@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51872266);国家自然科学基金资助项目(51672253)

Thermal shock and oxidation behavior of β-SiAlON bonded corundum composite

Tian Xuekun¹⁾(), Wen Yubin¹⁾, Ling Yongyi¹⁾, Wang Zhen¹⁾, Yang Jinsong²⁾, Liu Xinhong¹⁾()

1) Henan Key Laboratory of High Temperature Functional Ceramics,School of Materials Science and Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,Henan,China

Received:2021-07-28 Online:2021-10-15 Published:2021-10-25
Contact: Liu Xinhong

摘要/Abstract

摘要：

以板状刚玉颗粒和细粉、Al₂O₃微粉、Si粉和Al粉为原料,以酚醛树脂为结合剂,在流通氮气中于 1 450 ℃ 保温72 h制备了β-SiAlON结合刚玉复合材料试样。研究了不同温度(900~1 300 ℃)下热震以及热震循环次数对试样氧化行为的影响。结果表明:与无热震条件下相比,热震作用下试样在不同温度下氧化后的质量增加率明显增加。随热震循环次数的增加,氧化后试样的质量增加率增加,表明热震使得材料的氧化加剧。热震作用下试样氧化加剧的原因在于:无热震时β-SiAlON氧化后在试样表面形成致密氧化保护膜,可阻止氧气进入内部;而热震可使试样表面的氧化保护膜破裂,产生较多微裂纹,为氧气进入试样内部提供通道,进而加速材料氧化。

关键词: β-SiAlON结合刚玉复合材料, 热震-氧化, 质量增加率, 物相组成, 显微结构

Abstract:

β-SiAlON bonded corundum composite was prepared using tabular corundum particles and fines,Al₂O₃ micropowder,Si and Al powders as starting materials,phenolic resin as the binder,firing at 1 450 ℃ for 72 h in flowing N₂.Effects of thermal shock and thermal shock cycles on oxidation behavior of the composite at different temperatures (900-1 300 ℃) were investigated.The results show that:the mass gain rate of the specimens oxidized at different temperatures with thermal shock is higher than without thermal shock,and the rate increases with the thermal shock cycle increasing,indicating that thermal shock can promote the oxidation.The reason of serious oxidation under thermal shock condition is as follows:without thermal shock,a dense oxidation protective layer is formed on the surface of the specimen after β-SiAlON oxidation,preventing oxygen diffusion into the inner.However,the oxidation protective layer is broken under thermal shock condition producing more microcracks,which provides passages for oxygen to enter the inner part of the specimen,thus accelerating the oxidation.

Key words: β-SiAlON bonded corundum composite, thermal shock-oxidation, mass gain rate, phase composition, microstructure

中图分类号:

TQ175

田学坤, 文钰斌, 凌永一, 王珍, 杨金松, 刘新红. β-SiAlON结合刚玉复合材料的热震-氧化行为研究[J]. 耐火材料, 2021, 55(5): 417-422.

Tian Xuekun, Wen Yubin, Ling Yongyi, Wang Zhen, Yang Jinsong, Liu Xinhong. Thermal shock and oxidation behavior of β-SiAlON bonded corundum composite[J]. Refractories, 2021, 55(5): 417-422.

图/表 10

表1 试验配比

Table 1 Formulation of specimen

原料		w/%
板状刚玉	3~1 mm	45
	≤1 mm	20
	0.045 mm	16
Si粉	0.045 mm	10.8
Al粉	0.076 mm	1.7
Al₂O₃微粉	5 μm	6.5

图1 烧后试样的XRD图谱

Fig.1 XRD pattern of fired specimen

图2 烧后试样的显微结构

Fig.2 Microstructure of fired specimen

图3 试样氧化后的质量增加率

Fig.3 Mass gain ratio of specimens

图4 试样恒温氧化的时间-质量变化曲线

Fig.4 Isothermal oxidation time-mass curves of specimens

图5 氧化后试样的XRD图谱

Fig.5 XRD patterns of specimens after oxidized

图6 无热震时1 300 ℃氧化2 h后试样的SEM照片

Fig.6 SEM images of specimen after oxidized at 1 300 ℃ for 2 h

图7 无热震时1 300 ℃氧化2 h后试样剖面的SEM照片

Fig.7 SEM images of cross-section of specimens after oxidized at 1 300 ℃ for 2 h

图8 试样于1 300 ℃热震循环3次氧化后的显微结构

Fig.8 Microstructure of specimen after thermal shock at 1 300 ℃ with 3 cycles

图9 试样于1 300 ℃热震循环3次氧化后剖面的显微结构

Fig.9 Microstructure of cross section of specimen after thermal shock at 1 300 ℃ with 3 cycles

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