β—Sialon含量对β—Sialon/ZrO2复合材料性能的影响
作者 :  张山林 谷小华等

  摘要:用自制β-Sialon粉(Z=3)和氧化锆粉(3%CaO),按β-Sialon 5-30wt%、氧化锆70-95wt%的配比,制备了β-Sialon/ZrO2复合材料。采用XRD、SEM等方法,研究了β-Sialon含量对复合材料显气孔率、吸水率、体积密度、常温抗折强度、烧成线收缩率、抗热震性、线膨胀率、物相组成的影响。研究表明:β-Sialon的加入量以5-10wt%为宜,复合材料的综合性能较佳。
  关键词:β-Sialon粉;氧化锆;复合材料
  中图分类号:TQ175 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)22-0056-02
  氧化锆陶瓷材料熔点高,耐热性、耐侵蚀性优良,但热膨胀系数大(8×10-6K-1,20℃~1000℃)、热导率低(λ=16.8W·m-1·K-1),从而使得氧化锆材料在热震作用下容易产生较大的热应力,使其抗热震性能降低。采用氧化物与非氧化物复合工艺是提高材料抗热震性的有效办法。β-Sialon是Sialon系列中抗氧化性能、耐高温性能和热稳定性最佳的一种固溶体,β-Sialon的线膨胀系数为2~3×10-6K-1,热导率为22(20℃)/W(mK)-1。茹红强等在研究Sialon/Al2O3复相材料的合成工艺与性能中,发现复相材料的抗热震稳定性随Sialon相含量增加而提高。本研究利用Z=3的β-Sialon粉料与ZrO2粉料制备β-Sialon/ZrO2复合材料,研究β-Sialon含量对复合材料性能的影响。
  1 实验
  1.1 试样制备
  按照β-Sialon粉料(Z=3、d50=10.5μm)加入量5%~30%(质量分数wt%,下同)、ZrO2粉料(3%CaO部分稳定,d50=28.23μm)加入量70%~95%的比例配料,复合材料配方组成见表1。配合料在球磨机中干混2h,加入2%的聚乙烯醇结合剂混练,困料后,于160MPa压力下干压成型尺寸为50mm×10mm×10mm的试样,试样经110℃干燥24h,在氮化(氮气纯度>98%)气氛炉中于1500℃烧成,保温2h。
  1.2 测试方法
  采用阿基米德排水法测定β-Sialon/ZrO2复合材料体积密度和显气孔率;采用三点弯曲法测定常温抗折强度;利用PCY型高速卧式膨胀仪测定试样线膨胀率表征热膨胀性;在电炉中将试样分别在空气和埋碳条件下进行1000℃→室温热震循环一次,通过测定抗折强度残余保持率表征试样的抗热震稳定性;采用日本理学D/MAX2500PC型X射线衍射仪进行物相分析;采用日立S-4800扫描电子显微镜测定试样的显微结构。
  2 结果与讨论
  2.1 物理性能
  2.2 抗热震稳定性
  2.3 热膨胀
  2.4 物相组成
  3 结语
  参考文献
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  作者简介:张山林(1982—),男,河南漯河人,唐山时创耐火材料有限公司助理工程师,研究方向:高温结构材料。

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