天然原料合成Al-,4-SiC-,4-的機理與性能研究.pdf

1、Al4SiC4具有高熔點(大約2037℃)、高強度、高化學(xué)穩(wěn)定性、低熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)異的抗氧化和抗水化性能，使其有希望成為一種高溫結(jié)構(gòu)材料和高性能耐火材料。目前合成Al4SiC4材料主要采用人工合成原料，雖然能制備出Al4SiC4材料，但相應(yīng)的制備成本比較高，很難實現(xiàn)生產(chǎn)的工業(yè)化。 本文采用Al2O3-SiO2系天然原料(焦寶石和白泥)、金屬Al粉和活性炭粉作為原料合成Al4SiC4材料，采取三種方案：(1) 天然原料+C，(2

2、) 二次合成反應(yīng)，(3) 金屬Al+天然原料+C。在100MPa壓力下壓制成試樣，試樣干燥后在流動的氬氣下高溫?zé)Y(jié)。 通過熱力學(xué)計算，對反應(yīng)的可行性進行評估；結(jié)合X射線衍射(XRD)物相分析的結(jié)果，分析了反應(yīng)過程中的物理化學(xué)變化，總結(jié)出最佳的合成方案和配比；采用掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDX)觀察了合成的材料的顯微結(jié)構(gòu)并對微區(qū)成分進行分析；通過綜合熱分析(TG-DTA)研究合成材料的氧化過程；采用坩堝法研究合成的材料的

3、抗渣性。 通過研究分析，得出： (1) 采用Al2O3-SiO2系天然原料+C高溫合成時，沒有得到Al4SiC4材料，而是得到了其中間產(chǎn)物Al4O4C和Al2OC；二次合成的過程中，在添加金屬Al時得到了少量的Al4SiC4，說明金屬Al對合成Al4SiC4起較大作用。 (2) 添加金屬Al對天然原料+C合成Al4SiC4的影響的過程中，金屬Al的加入量對反應(yīng)機理和最終產(chǎn)物的影響也很大。加不足的Al時很難合成Al

4、4SiC4：加過量的Al時合成了Al4SiC4，且得到了最佳的合成配比。反應(yīng)過程為：在660℃左右，發(fā)生金屬Al的熔化，然后天然原料中的莫來石首先和碳反應(yīng)，生成Al2O3和SiC，同時，Al和C反應(yīng)生成Al4C3：隨著溫度升高，已經(jīng)生成的Al4C3和原料中的SiO2反應(yīng)生成Al2O3和SiC，Al4C3也和Al2O3反應(yīng)生成Al4O4C，生成的Al4O4C和C反應(yīng)生成Al2OC，最后由生成的Al2OC、SiC和碳反應(yīng)合成Al4SiC4。