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氮化硅鑄鐵護欄在較低溫度下制備的可行性研究

  氮化硅為共價鍵化合物,自擴散系數低,難于燒結,所以,以氮化硅為原料的鑄鐵護欄的燒結溫度都在1850℃以上,而且多數要添加燒結助劑氮化硅鐵為氮化硅與鐵相材料的復合體系嗎,鐵相材料的熔點相對較低;以單純的氮化硅鐵為原料,依靠材料自身的結合作用是否可以在空氣條件下低溫燒成制備出性能較好的氮化硅鐵耐火材料,關于這方面的文獻卻未見報道,為此有鑄鐵護欄廠家研究人員擬對其可行性進行實驗探討,經實驗研究后得出如下結論:

  一、實驗結果:

  (1)氮化硅鐵鑄鐵護欄燒后的顯微分析,從燒后氮化硅鐵鑄鐵護欄的斷口結構圖中看出,燒后的氮化硅鑄鐵護欄存在兩層:其一為致密層,其為內部灰白色部分,顏色較深的致密層的元素主要為Si,Fe,O,A等,說明氮化硅鐵已經氧化。

  從燒后氮化硅鐵鑄鐵護欄內部灰白色部分(ZFSN)與氮化硅鐵原料(FSN)的XRD比較中看出,燒后氮化硅鐵中除a-Fe消失外,其余物相都存在,燒后材料中的含鐵材料為FeSi,從內部灰白色部分的顯微結構看出,白色的FeSi已經大都跑到顆粒間隙,充當了氮化硅顆粒的粘結劑而把氮化硅顆粒粘到了一起。

  (2)氮化硅鐵原料的 DTA-TG分析,從氮化硅鐵原料的 DTA-TG曲線看出,氮化硅鐵原料從600℃開始緩慢增重,1100℃之后增重相對加快,放熱峰的出現溫度為1127.2℃,并伴隨失重。

  鑄鐵護欄廠家據相關文獻得知,1500℃氮化硅穩定存在的氧分壓(Po2P)大約在10MPa以下,對于以氮化硅為主的材料,在如此條件下的燒結是不可能的,也不會有強度的,但是,本實驗制成的氮化硅鐵鑄鐵護欄在氣孔率為40%的情況下強度仍是達30MPa,這個指標對于高氣孔率耐火材料來講還是比較高的,主要的強度來源就是FeSi的結合作用,其中既有反應式生成的新FeSi,同時也有原體系材料中的FeSi;而不是依存于外來添加劑,主要是建立在自身體系材料的基礎上的,依靠FeSi在氮化硅顆粒之間的粘結而賦予鑄鐵護欄以較高的強度,以純氮化硅鐵為原料,依靠自身的結合作用低溫燒結制備氮化硅鐵鑄鐵護欄是可行的,如果加以改進使其致密,則材料的性能會越好。

  二、結論:

  綜上所述,鑄鐵護欄廠家以純 Fe-si N為原料,未添加任一燒結助劑,依靠原料自身的FeSi以及原料中的鐵固溶體同氮化硅反應生成的FeSi的結合作用,在空氣條件下低溫燒結制備氮化硅鐵耐火材料是可行的。