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《煤矸石二次碳熱還原氮化反應(yīng)合成Sialon復(fù)相材料的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文煤矸石二次碳熱還原氮化反應(yīng)合成Sialon復(fù)相材料的研究專(zhuān)業(yè)：材料學(xué)博士生：段鋒指導(dǎo)教師：徐德龍教授薛群虎教授摘要煤矸石是煤炭工業(yè)生產(chǎn)中的一大類(lèi)固體廢棄物，目前在國(guó)內(nèi)的年排放量和累計(jì)堆存量巨大。煤矸石作為一種礦物資源，其價(jià)格低廉，且不可再生，研究其循環(huán)綜合利用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和商業(yè)價(jià)值。本研究以?xún)?nèi)蒙古煤矸石為主要原料，添加α-Al2O3、SiO2細(xì)粉調(diào)整煤矸石原料中的Al2O3/SiO2質(zhì)量比，在N2氣氛下以活性碳為還原劑，通過(guò)碳熱還原氮化法合成了煤矸石基β-Sialon原料；以剛玉為骨料，以一次反應(yīng)合成的煤矸石基β-Sialon原料細(xì)粉為基
2、質(zhì)，經(jīng)過(guò)二次碳熱還原氮化反應(yīng)合成了β-Sialon復(fù)相材料；利用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、抗熱震性能試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備研究了材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和高溫使用性能，利用XRD衍射和掃描電鏡對(duì)合成材料進(jìn)行礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)分析，研究了礦物組成、組織結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明：煤矸石的碳熱還原氮化是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其原料成分復(fù)雜多變，高溫下多個(gè)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，反應(yīng)產(chǎn)物多且相互轉(zhuǎn)化，整個(gè)反應(yīng)體系向目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行較難控制，難以得到單一的β-Sialon相材料。在不同的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)條件下，煤矸石在碳熱還原氮化反應(yīng)過(guò)程中可生成β-Sialon相、X相、Ｏ＇-Sialon相、SiC相及莫來(lái)石相。煤矸石碳
3、熱還原氮化反應(yīng)中，反應(yīng)生成物X相較少，當(dāng)反應(yīng)溫度高于1420℃，含碳量大于10%時(shí)，X相只有15.29%。還原劑碳含量和溫度對(duì)生成β-Sialon相、O′-Sialon相有顯著影響：當(dāng)還原劑碳的加入量為10%~16%，反應(yīng)溫度高于1420℃時(shí)，有利于β-Sialon相、O′-Sialon相的生成；在1420℃、含碳量14%時(shí)，生成的主晶相β-Sialon相占57.21%；在1500℃、Z=0.4，碳含量為16%時(shí)，生成的O′-Sialon相占23.80%。萬(wàn)方數(shù)據(jù)西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文煤矸石在碳熱還原氮化反應(yīng)過(guò)程中首先生成莫來(lái)石，然后莫來(lái)石氮化還原分解生成β-Sialon相。將煤矸石原
4、料的Al2O3/SiO2質(zhì)量比從0.85調(diào)整到2.60，即Al2O3/SiO2比稍大于莫來(lái)石的理論組成時(shí)，煤矸石高溫煅燒后可以最大化的生成莫來(lái)石，這為后續(xù)碳熱還原氮化反應(yīng)最大化生成β-Sialon相奠定了基礎(chǔ)。利用煤矸石通過(guò)一次碳熱還原氮化法制備β-Sialon復(fù)相材料時(shí)，一次反應(yīng)后合成的β-Sialon材料體積變化大，氣孔率高，強(qiáng)度低，作為高溫材料直接應(yīng)用有一定的難度。以一次反應(yīng)合成的含β-Sialon相細(xì)粉為基質(zhì)，以剛玉為骨料，添加SiO2細(xì)粉或SiC細(xì)粉與金屬Si粉，通過(guò)二次碳熱還原氮化反應(yīng)，可獲得性能優(yōu)良的Sialon-Al2O3和Sialon-Al2O3-SiC復(fù)相材料。剛玉加入量
5、43%，SiO2細(xì)粉加入量10%，與一次反應(yīng)合成的含β-Sialon相細(xì)粉在C過(guò)量20％，氮?dú)鈿夥障陆?jīng)1420℃×3h煅燒，通過(guò)二次碳熱還原氮化反應(yīng)合成了Sialon-Al2O3的復(fù)相材料，其Sialon+Al2O3的含量達(dá)到了93.67%。合成的Sialon-Al2O3復(fù)相材料結(jié)構(gòu)致密，耐壓和抗折強(qiáng)度高。二次碳熱還原氮化反過(guò)程中，還原劑碳使一次碳熱還原氮化反過(guò)程中生成的莫來(lái)石分解，并與添加的SiO2細(xì)粉反應(yīng)生成β-Sialon，剛玉相與基質(zhì)中生成的Sialon相互相交錯(cuò)，重疊長(zhǎng)大，保證了材料的良好性能。剛玉加入量45~50%，SiC細(xì)粉加入量10%，金屬Si粉加入量5%，與一次反應(yīng)合成的含
6、β-Sialon相細(xì)粉在C過(guò)量50％，氮?dú)鈿夥障陆?jīng)1450℃×3h煅燒，二次碳熱還原氮化反應(yīng)合成Sialon-Al2O3-SiC復(fù)相材料，其Sialon+Al2O3+SiC相之和達(dá)到了90%。合成的復(fù)相材料結(jié)構(gòu)致密，耐壓和抗折強(qiáng)度高，抗氧化性好，熱震穩(wěn)定性好。在二次碳熱還原氮化反過(guò)程中，除了莫來(lái)石的分解與β-Sialon相的合成外，過(guò)量的還原劑C與金屬Si粉反應(yīng)原位生成了SiC。顯微結(jié)構(gòu)分析表明，材料中剛玉骨料顆粒被細(xì)小的β-Sialon晶粒所包圍，β-Sialon晶粒呈顆粒狀堆積，其間夾雜有纖維狀的SiC增強(qiáng)相。β-Sialon與原位生成SiC晶體的自補(bǔ)強(qiáng)增韌、復(fù)合彌散相增韌綜合作用，使S
7、ialon-Al2O3-SiC復(fù)相材料具有良好的力學(xué)性能和高溫使用性能。復(fù)相材料經(jīng)1100℃水冷2次后，殘余強(qiáng)度保持率高。關(guān)鍵詞：煤矸石；Al2O3/SiO2比；二次碳熱還原氮化反應(yīng)；β-Sialon；復(fù)相材料萬(wàn)方數(shù)據(jù)西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文ResearchonSynthesizingSialonMultiphaseMaterialsUsingCoalGanguebySecondaryCarbonTher
