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摘要
以金属铝粉、硅粉、活性α-氧化铝微粉和鳞片状石墨为主要原料,研究了流动氮气氛中1400℃-1600℃范围内石墨对β-赛隆/刚玉复相材料烧结性能和质量变化的影响,借助于XRD、SEM、EDS、EPMA等手段分析和观察了材料的物相变化和显微结构,探讨了其反应过程.结果表明,石墨显著影响着原位氮化反应烧结制备赛隆刚玉材料的烧结性能及质量变化.对于不添加石墨的试样由1400℃升至1500℃,试样的体积密度增大,其质量增加,由1500℃升至1600℃,试样的体积密度反而下降,显气孔率增加,试样增重减小;对于添加石墨的试样,随石墨含量的增加,试样的体积密度下降,显气孔率增加,试样增重呈减小趋势,这种趋势受温度的影响更趋明显,究其原因,与石墨参与该体系反应过程有关.在1400℃下试样中除生成β-Sialon相外,出现了α-SiC;温度升至1500℃,β-Sialon和α-SiC相含量增加同时出现少量15R相,处理温度进一步升高至1600℃,尽管β-Sialon和α-SiC相衍射峰强度不变,15R含量却进一步增加,而石墨和刚玉相含量却降低.可以认为在Si-Al-Al<,2>O<,3>-C-N<,2>体系中,在1400℃1500℃之间,试样内部主要发生氮化反应形成β-Sialon相,金属硅与石墨反应形成α-SiC相;高于1500℃,氮化反应迅速,碳热还原反应加剧,β-Sialon、氧化铝和碳进一步碳热还原反应形成15R,气相物质逸出试样表面;同时硅蒸气、低价态氧化硅与一氧化碳或碳发生化学反应生成SiC,上述实验结果与热力学计算一致.
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