【摘 要】
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本文研究了Si3N4/SiC、Sialon/SiC、Sialon/SiC(Z=2)和Sialon/SiC(Z=3)四种制品在900℃-1150℃范围内处于N2-H2-H2O气氛中侵蚀100h,通过对侵蚀前后试样的质量、气孔率、体积密度
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本文研究了Si3N4/SiC、Sialon/SiC、Sialon/SiC(Z=2)和Sialon/SiC(Z=3)四种制品在900℃-1150℃范围内处于N2-H2-H2O气氛中侵蚀100h,通过对侵蚀前后试样的质量、气孔率、体积密度以及显微结构的变化来分析试样的抗侵蚀性能,为其在氢气还原炉的实际使用提供理论依据。研究表明:(1)四种材料在N2-H2-H2O气氛中的侵蚀主要是与水蒸气的氧化作用;(2)通过热力学计算绘制Si3N4/SiC与水蒸气和氢气反应的优势区域图,得到了lnPN2/lnPH2O坐标图,可以看出SiC、Si3N4、Si2N2O和SiO2四个固相的稳定存在的区域;由图计算可知,当PH2O≈10-7-10-6MPa时,Si3N4、SiC都被氧化成为SiO2;在实验气氛中只要水蒸气分压和氢气分压达到一定比例时,Sialon/SiC(Z=2)和Sialon/SiC(Z=3)材料中的Sialon相在该实验温度下都能够被氧化成为SiO2和Ak2O3,在试样表面形成一层氧化膜;(3)四种试样的氧化增量随着温度的升高是逐渐增大的,并且在同一温度下,四种试样的氧化增量大小关系是:Si3N4/SiC>Sialon/SiC(z=2)>Sialon/SiC(z=3)>Sialon/SiC;这说明四种试样的抗氧化性大小关系是:Sialon/SiC>Sialon/SiC(z=3)>Sialon/SiC(z=2)>PN;试样在N2-H2-H2O气氛中氧化增量在同一温度下随着炉内水蒸气(H2O)的含量的的增大而逐渐增加的。(4)对比试样分别在氧气和水蒸汽中的氧化,表明在四种试样H2O-H2-N2气氛中所发生的是“活化氧化”,主要是因为气氛中有氢气(H2)的存在使四种试样的氧化产物SiO2还原成了SiO气体。(5)由XRD衍射分析和SEM扫描电镜分析可知Sialon/SiC材料的抗水蒸气的氧化性比Si3N4/SiC要好,发生反应后在Sialon/SiC试样的表面生成一层SiO2和Al2O3氧化膜,阻止了气体与试样的接触,有利于试样的抗氧化性能的提高。
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