介绍锡亚隆陶瓷（Si固体溶液3.N4.，主要是α.-sialon（α.'） 和β-sialon（β'））由于其优异的机械性能，例如高硬度，韧性和强度[1]，对工程应用具有巨大潜力。通常，Sialons通过烧制Si的粉末块制备3.N4.，aln，al2O.3.和一些氧化物烧结添加剂通过液相烧结在高温下。昂贵的起始粉末和复杂的制造过程（与大多数氧化物陶瓷相比）都限制了锡亚隆陶瓷的实际应用。然而，炉渣是来自冶金植物的废物，并在大量的每天生产。因此，对这种浪费的炉渣重用具有经济和生态的优势。虽然炉渣的确切组合物可能在不同的植物中变化，但是来自高炉的炉渣的基本组成含有CaO，MgO，SiO2和al.2O.3.。以前有尝试从渣中生产水泥和玻璃[2,3]。然而，小型文献可用于使用炉渣来合成先进的陶瓷，尽管如果掺入额外的氮气，其组合物可以容易地与唾液陶瓷的组成相匹配。在本文中，我们将总结我们最近的工作[4,5]α.-Sialon粉末和基于渣的原料的散装材料。亚博网站下载 实验根据炉渣组成（见表1，来自宝钢公司，上海，中国）和Ca-Si-Al-O-N相关系，α-Sialon的标称组成被设计为CA.0.71米0.23SI.9.18AL.2.82O.0.94N15.06。除了炉渣粉末之外，起始粉末还包括Si（Si> 98wt％，30μm），Al（Al> 98wt％，25μm）。少量si3.N4.使用AlN粉末作为种子和稀释，用于自我繁殖的高温合成（SHS）过程，并计入α-Sialon的标称组成。将混合粉末放入石墨坩埚中并用顶层钛粉末覆盖。连接钨加热线圈以点燃Ti粉末，然后诱导自发的SHS工艺。整个过程保持在密封舱中，高压n2。将所得粉末磨削48小时，然后通过1700℃的热压（HP）直接烧结1小时，并在1800℃下在石墨炉中以1800℃的压力烧结（PL）。 表格1。宝钢公司渣的化学成分。
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wt％ |
39.76 |
34.48 |
14.04 |
9.18 |
.52 |
.09 |
.83 |
1.36 |
.25 |
.31 |
.58 |
.27 |
粉末的相分析和形态观察由配备EDS的X射线和SEM进行。根据Archimedes原理测量样品的批量密度。在98 n N的载荷下使用维氏金刚石压痕测量热压样品上的硬度和压痕骨折韧性。使用三分弯曲试验在室温下测量弯曲强度，跨度长度为30mm，交叉速度为0.5mm / min。侵蚀测试在燃气型侵蚀试验台中进行，余张[6]先前已经详细描述。 结果讨论粉末S.ynthesis.SHS合成α.-Sialon粉末表现出非均匀的晶粒形态，如图所示1。一些颗粒具有大的细长形状，其他颗粒显示出精细的等式形态。这可以归因于在很短的时间内发生的反应的复杂性。球磨后48小时后，SHS的粒度合成α.-Sialon粉末降至约1μm。XRD和EDS（图2）结果表明合成粉末（Ca，Mg） -α.-Sialon。
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图1。SHS（a）原始表格SHS的SM SEM图像（B.）球磨后48小时后。 |
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图2。SHSα-Sialon粉的XRD和EDS。 |
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米ydF4y2Ba机械P.绳子表中提出了HP和PLS烧结样品的密度和力学性能2。炉渣的理论密度α.-sialon是3.19g / cm3.，通过测量炉渣的密度获得α.-Sialon粉末。因此，HP样品达到了堆积密度> 99％，并且PLS样品的堆积密度为96％的真实密度。它也在表格中看到2HP样品的强度达到599PLS样品的MPA和硬度和韧性为15.53GPA和4.72 MPAM1/2。 表2。HP-和PLS-SLAG-SIALON样本的性质[5]。
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PLS. |
3.07 |
96％ |
15.53 |
4.72 |
360. |
生命值 |
3.17 |
99％ |
16.02 |
4.48 |
599. |
这些属性非常接近正常的属性α.- 使用非常昂贵的化学原点粉末制备的-Sialon陶瓷。虽然HP样品是致密的，但硬度低于正常HPα.-Sialons（通常高于18 GPA）。这可能归因于晶界的更多玻璃，柔软且脆弱。PLS样品的较低强度与其在谷物之间的低密度和弱粘合有关。 侵蚀反抗渣衍生的α.-Sialons，通过无压烧结或热压致密化，表现出优异的耐腐蚀性。图3显示了由于陶瓷样品的腐蚀而导致的累积重量损失是以90度角撞击材料表面的SiC腐蚀量的函数。为了比较，商业氮化硅的腐蚀曲线（Si3.N4.），商业反应键合碳化硅（RBSIC）和CA-α.-Sialon陶瓷在1800时通过无压烧结使用高纯度粉末制备°C对于2小时也包括在图3中。
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图3。图8 SIC侵蚀产生的不同材料的累积体重减轻。亚博网站下载 |
可以看出，HP和PLS烧结的渣渣材料显示出与CA类似的侵蚀抗性亚博网站下载α.-Sialon陶瓷由高纯度粉末制备，但表现出比两种商用抗磨陶瓷的性能更好。侵蚀表面的微观结构揭示了晶粒喷射的主要材料去除机制（图4）。在90度的影响下，撞击粒子的动能主要有助于反复影响，负责启动和传播晶界微裂纹[7]。yabo214CA的卓越的抗腐蚀性能α.-Sialons归因于它们的高韧性和硬度。因此，已经证明了用作低成本抗侵蚀/磨损材料的渣子元的潜力。亚博网站下载
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图4。侵蚀后HP渣唾液样品的SEM微观结构。 |
工业的应用程序探讨了工业应用的初步发展，如图5所示。中国公司从渣中生产了陶瓷轴承，其表现正在评估。由Slag-Sialons制成的陶瓷瓷砖已经在中国工业厂进行了测试。在测试中，通过在钢板的表面上通过环氧树脂粘合六个渣衍生的唾液瓷砖，然后将其安装在钢漏斗的表面上，该表面暴露于湿炉渣流的流动流。虽然由于粘合的粘屑，一些瓷砖在测试的各个阶段被丢失，但剩余的瓷砖几乎完好无损，而钢板在两个月的服务后被严重侵蚀/腐蚀。
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图5。Slag-Sialon陶瓷（A）轴承球和（B）瓷砖的潜在应用。 |
结论SHS技术具有更大的生产低成本唾液材料的潜力。亚博网站下载从渣合成的α-Sialon粉末显示适合于制备陶瓷产品的性质。烧结渣α-Sialon样品显示出良好的机械性能和优异的抗腐蚀/磨损性能。由于该过程的低成本和起始材料，因此预期了工业的未来应用。亚博网站下载 致谢Y. Zhang博士和J.钢先生进行了一些侵蚀测试。中国自然科学基金会的中国，蒙纳士大学，澳大利亚和日本促进科学协会支持这项工作。亚博老虎机网登录 参考1。T.Ekström和M. Nygren，“Sialon Ceramics”，J.IM。陶瓷。SOC。，75.（1992）259-276。 2。A. Bonazza，L. Cunico，G. Dircetti，M. Dondi，G.Guarini和A. Ruffini，“粘土砖生产中的钢渣回收，关键工程材料”，亚博网站下载206-213（2002）835-838。 3.M. L. Ovecoglu，在950和1100℃下结晶的基于炉渣的玻璃陶瓷的微观结构表征和物理性质“，J.Eur。陶瓷。SOC。，18.（1998）161-168。 4.W.W.陈，P.L.王，d ..陈，B.L.张，Y.B.郑和D.S. Yan，“（CA，MG）的合成 -α.通过自我繁殖的高温合成渣中的-Sialon“，J. Mater。化学。，12.（2002）1199-1202。 5。5.魏武陈，约瑟夫钢铁，余张，九鑫江，叶兵成，裴岭王和东盛妍，炉渣的机械和腐蚀性能α.-Sialon陶瓷“，在J eur发表。陶瓷。SOC。 6。Y.张，Y.B.郑和兰帕贝，“氧化铝陶瓷侵蚀空气和水悬浮的石榴石颗粒”，磨损，yabo214241.（2000）40-51。 7。Y.张，Y.B.程和兰替莱，“微观结构对CA腐蚀磨损行为的影响α.-Sialon材亚博网站下载料“，J.欧元。陶瓷。SOC。，21.（2001）2435-2445。 联系方式 |