介绍Sialon Ceramics（SI的固定溶液3n4，主要是α-sialon（α'） 和β-sialon（β’））由于其出色的机械性能，例如高硬度，韧性和强度[1]，因此具有巨大的工程应用潜力。Typically, sialons are prepared by firing powder compacts of Si3n4, AlN, Al2o3以及一些通过液相烧结在高温下的氧化烧结添加剂。昂贵的起始粉末和复杂的制造过程（与大多数氧化陶瓷相比）都限制了Sialon陶瓷的实际应用。但是，炉渣是冶金植物的废品，每天都大量生产。因此，重复使用这种浪费的矿石具有经济和生态的优势。尽管炉渣的确切组成可能在不同的植物中有所不同，但炉灶的基本组成含有CAO，MGO，SIO2和al2o3。以前曾尝试过生产水泥和玻璃的尝试[2，3]。然而，尽管使用额外的氮，但很少有关于使用炉渣合成高级陶瓷的文献。在本文中，我们将总结我们的最新工作[4，5]α-sialon powders and bulk materials from slag-based starting materials. 实验根据炉渣的组成（请参阅中国上海Baosteel Company的表1）和CA-SI-AL-O-N相的关系，将α-Sialon的名义组成设计为CA0.71毫克0.23si9.18al2.82o0.94n15.06。除渣粉外，起始粉末还包括Si（Si> 98 wt％，30μm），Al（Al> 98 wt％，25μm）。少量Si3n4和Aln粉末用作种子和稀释，用于自传高温合成（SHS）过程，并将其计算为α-Sialon的名义组成。The mixed powder was put into a graphite crucible and covered with a top layer of titanium powder.将钨加热线圈连接起来，以点燃Ti粉末，然后诱导自发的SHS工艺。整个过程被固定在密封的机舱中，高压为n2。将所得的粉末铣削48小时，然后在1700ºC下直接烧结1小时，并在1800ºC下在石墨炉中在1800ºC下烧结2小时。 表格1。BAO Steel Company的炉渣的化学成分。
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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是通过X射线和配备EDS的SEM进行的。根据Archimedes原理测量样品的散装密度。使用Vickers Diamond凹痕在98 N的负载下测量热贴样样品上的硬度和压痕骨折韧性。使用三分弯曲测试在室温下用室温测量弯曲强度，其长度为30 mm，侧头速度为0.5 mm/min。The erosion tests were carried out in a gas-blast type erosion test rig, which has previously been described in detail by Yu Zhang [6]. 结果和讨论粉末synthesisSHS合成α-Sialon粉末表现出非均匀的谷物形态，如图所示1。有些谷物的细长形状很大，而另一些谷物则显示出良好的e词形态。This can be attributed to the complexity of the reactions taken place in a very short time.After ball milling for 48 hours, the particle size of the SHS synthesizedα-Sialon粉末降低至约1μm。XRD和EDS（图2）结果表明合成粉末是（Ca，mg） -α-Sialon。
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图1。SHS的SEM SIALON粉末图像（a）原始形式SHS（（b）磨球后48小时。 |
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图2。XRD和SHSα– Sialon粉末的ED。 |
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毫克ydF4y2Ba机械pRopertiesHP和PLS烧结样品的密度和机械性能显示在表中2。炉渣的理论密度α-Sialon为3.19g/cm3，通过测量炉渣的密度获得α-sialon粉末。因此，HP样品达到的大量密度> 99％，PLS样品达到了真正密度的96％的大量密度。也可以在桌子上看到2HP样品的强度达到599MPA和PLS样品的硬度和韧性为15.53GPA和4.72 MPAM1/2。 表2。HP-和PLS-Slag-Sialon样品的性质[5]。
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请 |
3.07 |
96％ |
15.53 |
4.72 |
360 |
生命值 |
3.17 |
99％ |
16.02 |
4.48 |
599 |
These properties are very close to that of normalα-Sialon陶瓷使用非常昂贵的化学起始粉末制备。尽管HP样品是致密的，但硬度低于正常HPα-sialons（通常高于18 GPA）。这可能归因于在晶粒边界上存在更多玻璃，晶粒边界柔软而脆弱。PLS样品的较低强度与谷物之间的低密度和弱键有关。 侵蚀反抗矿渣衍生的α-sialons，通过无压烧结或热压致密，表现出极好的侵蚀性。图3显示了由于陶瓷样品的侵蚀而导致的累积体重减轻，这是在90度角上以90度角撞击材料表面上的SIC侵蚀量的函数。为了进行比较，商用氮化硅的侵蚀曲线（Si3n4），商业反应键合碳化硅（RBSIC）和CA-α-sialon ceramic prepared using high purity powders by pressureless sintering at 1800°C持续2小时也包括在图3中。
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图3。图8由SIC侵蚀引起的不同材料的累积体重减轻。欧洲杯足球竞彩 |
可以看出，HP和PLS烧结的矿石 - 西龙材料都表现出与CA相似的侵蚀性欧洲杯足球竞彩α-sialon陶瓷由高纯度粉末制备，但表现出比两种商业反衣陶瓷更好的性能。侵蚀表面的微观结构揭示了主要的材料去除机理是晶粒的射血（图4）。At 90 degree impact, the kinetic energy of the impinging particles mainly contributes to repeated impact, responsible for initiating and propagating grain boundary microcracks [7].CA的优越抗渗透性α-sialons is attributed to their combined high toughness and hardness.因此，已经证明了将矿渣 - 西亚隆用作低成本抗渗透/磨损材料的潜力。欧洲杯足球竞彩
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图4。侵蚀后HP矿渣样品的SEM微观结构。 |
工业的申请已经探索了工业应用的初步开发, as shown in Figure 5.一家中国公司已经生产了矿渣 - 西龙的陶瓷轴承，其性能正在评估。用矿渣式岩石制成的陶瓷瓷砖已经在中国工业工厂进行了测试。在测试中，通过环氧树脂在钢板的表面上粘了六个矿渣衍生的Sialon陶瓷瓷砖，然后将其安装在钢漏斗的表面上，该钢漏斗的表面暴露于流动的湿渣砂中。尽管由于胶的剥落，在测试的各个阶段中丢失了一些瓷砖，但剩余的陶瓷瓷砖几乎完好无损，而钢板在服装后严重侵蚀/腐蚀。
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图5。矿渣 - 塞隆陶瓷的潜在应用（a）轴承球和（b）瓷砖。 |
结论SHS技术具有产生低成本Sialon材料的更大潜力。欧洲杯足球竞彩从炉渣中合成的α-Sialon粉末显示适合制备陶瓷产品的特性。The as-sintered slag α-sialon samples showed good mechanical properties and excellent anti-erosion/wear properties.由于此过程的成本低廉和起始材料的成本，因此预计该材料的未来应用将被预计。欧洲杯足球竞彩 致谢Y. Zhang博士和J. Steel先生进行了一些侵蚀测试。This work was supported by National Natural Sciences Foundation of China, Monash University, Australia and Japan Society for the Promotion of Science. References1。T.Ekström和M. Nygren，“ Sialon Ceramics”，J。Am。陶瓷。Soc。，75（1992）259-276。 2。A.欧洲杯足球竞彩206-213（2002）835-838。 3。m。L. Ovecoglu, Microstructural Characterization And Physical Properties of a Slag-Based Glass-Ceramic Crystallized at 950 and 1100°C”, J. Eur. Ceram. Soc.,18（1998）161-168。 4。W.W.陈Wang，D.Y。陈张，Y.B.Cheng和D.S. Yan，“（CA，MG）的合成 -α-sialon from Slag by Self-propagating high-temperature synthesis”, J. Mater. Chem.,12（（2002) 1199-1202. 5。5。Wei-Wu Chen, Joseph Steel, Yu Zhang, Jiu-Xin Jiang, Yi-Bing Cheng, Pei-Ling Wang and Dong-Sheng Yan, “Mechanical and Erosion-Resistance Properties of Slagα-sialon Ceramics”, to be published in J. Eur. Ceram. Soc. 6。Y. Zhang，Y.B。Cheng和S. Lathabai，“空气和水悬浮石榴石颗粒对氧化铝陶瓷的侵蚀”，磨损，欧洲杯猜球平台241（2000）40-51。 7。Y. Zhang，Y.B。Cheng和S. Lathabai，”微结构对CA的侵蚀磨损行为的影响α- 西里隆材料”欧洲杯足球竞彩，J。Uero。陶瓷。Soc。，21（2001）2435-2445。 联系方式 |