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自蔓延合成特种耐火原料及其应用 王刚王来稳周军 韦祷王龙庆姜欣周继伟 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 先进耐火材料国家重点实验室河南洛阳471039 接要 以合成A14sic4、B4C等材料为例介绍了自蔓延合成技术及其分别在铝碳和镁碳耐火材料中的 应用． 关奠词 蔓延合成，AhSiC4，B4C，铝碳材料，镁碳材料 自蔓延高温合成技术由前苏联科学家于1967年首先提出【¨。其特点是利用外部提供必要的能量诱发 高放热化学反应体系局部发生化学反应(点燃)，形成化学反应前沿(燃烧波)，此后化学反应在自身放出 热量的支持下继续进行，表现为燃烧波蔓延至整个体系．最后合成所需材料(粉料或产品)。自蔓延高温合 成法具有如下优点[2,31：(1)工艺简单、反应时间短，一般在几秒到几十秒内即可完成反应：(2)反应过 程消耗外部能量少，可最大限度地利用材料的化学能，节约能源；(3)反应可在真空或控制气氛下进行而 得到高纯度的产品：(4)材料合成和烧结可同时完成。 目前，用这种方法合成的材料己经超过500多种。其中包括电子材料、形状记忆合剑4】、金属超导体、 复合材料、金属问化合物‘51、高温难熔材料‘61、陶瓷等17,81。 本文以合成AhSiC4、B4C等材料为例介绍了自蔓延合成技术及其分别在铝碳和镁碳耐火材料中的应 用。 1碳化物及其在耐火材料中的应用 1．1AhSiC4材料的合成 AhSiC4材料是三元碳化物之一，因其具有熔点高，抗氧化性优异，与高温熔体的润湿性差等性能， 许多材料科研工作者对其进行了研究，已有研究表明将其作为含碳材料的抗氧化剂，可明显改善含碳耐 火材料的抗氧化性，使含碳耐火材料具有自修复功能[9A01。目前，A14SiC4材料合成的方法基本上属于固 相反应合成‘n~1孤，反应速度主要受扩散控制，速度比较慢，不可避免地存在工艺时间长，能耗高等缺点， 而且常残留有易水化的AhC3相，对AhSiC4材料在含碳材料中的应用非常不利。 通过热力学计算，元素触、Si、C合成AhSiC4的反应为弱放热反应。因此，采用化学炉合成方法 反应放出极大的热量可使合成反应顺利进行，从而制备出AhSiC。粉体。图1为化学炉合成方法示意图。 · 60 · A．W丝：b．Ⅲ+cc．Al+sl+c．d-碳毡 图I化学炉合成方法示慧图 史验以铝粉、{l粉、擞熙和石墨等为生婪原料。利用化学炉进行了台成AhSiC,的研究。 表1为不同配比i式样的XRD结粜。从表中可以看出，当试样均按理论配比进行反戚时，试样0-1 砷生成的。闻为Ah04C也具有较好的抗氧化性能，因此Ak04C的存在不会对材料的性能产生不利的影 增加石墨的含量至过席40％时，试样3中的AhC，相消失．A14sla含量增加80％。 表I不同配比试样的XRD结果 图2为不同金“锇粉粒度SEM照片。由圈可以发现，粒度的减小对台成产物的形貌青较大影响。 产物由唧片状进一步发竹K大成六边形片状，而且产物粒径也较小，均在10lain以F。说叫降低原料粒 度有利rAhSiC。产物发仃的卫加完仝。 (a)铝粉粒度80胂1 (b)铅粉粒度440aa 圄2 A14SiC4台成粉体SEM照片 1 2 AhSic4在铝碳材料中的应用 实验配方见表2。表3为吾试样的性能指标。由表3可见，与空白样相比，冉涿加剂的试样敛密度均 有所提高，添加7％AI。SiC。和复合添加金属AI、sl的试样提高较为最著。试样的常黼抗折强度均打所提 强度都有较大幅度地提高。 表2试验配方 试样 B气孔$，％ cm’) *a目压“＆，MPa ％n抗折媸度／MPa 体秘*度／(g 表4为静l处理后备试样的物相4l成。由此uf看出．铝碳材料热处理后L要是形成刚玉相和保留下来 表4热处理后的物相组成 注：+表示存在n物w．一表i不存《物相． 热处理温度下其性状基本保持不蹙．只是作为细粉填充在颠粒之问：当树脂挥发后，AhSic4填充在树 脂留F的孔洞中，降低气孔