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该课题组基于高炉炉渣中富含Ca,Mg的特征和高温自蔓延合成(Self-propagating High-temperature Synthesis,简称SHS)工艺高效节能的优点,首次提出利用炉渣为主要原料和自蔓延合成(Ca,Mg)α-Sialon的设想.在与该所兄弟组的合作下,首次成功合成了α-Sialon(炉渣α-Sialon),大大降低了Sialon材料的原料成本(不超过50元/千克),为工业废料的循环利用和开拓高科技含量炉渣产品提出了新的有效途径.由于SHS合成的Sialon粉体具有亚稳、高活性的特征,以它作为起始原料制备Sialon陶瓷,其烧结过程将不同于以氧化物和氮化物为原料的情况,从中可能出现的物理化学现象将是一个新的课题,尤其是它的反应过程,烧结机理及其稳定性等问题需要着重进行研究.因此,该课题无论在学术上和实际工业应用上都有重要创新意义.该论文首先研究了SHS合成的炉渣α-Sialon粉体的烧结性能和在不同工艺和烧结温度下的相组成.结果表明,SHS合成的炉渣α-Sialon粉体是亚稳态的,具有很高的烧结活性.无论在热压烧结还是无压烧结过程中,α-Sialon相都会转变成β-Sialon相,并且在热压过程中更为明显.对粉体SHS合成前后的化学分析表明,Ca<'2+>和Mg<'2+>在SHS过程中有较大程度的损失,这是由SHS过程的极高温度及极快升温速度造成的.Ca<'2+>和Mg<'2+>较大程度的损失引起整个系统向贫Ca<'2+>/Mg<'2+>组分偏移,并导致α-Sialon相向β-Sialon相的转变.研究了炉渣α-Sialon陶瓷的力学性能、抗冲刷性能和耐酸碱腐蚀的性能.结果表明,由于炉渣α-Sialon原料中存在着少量杂质,炉渣α-Sialon陶瓷的硬度略低于由化学试剂制备的(Ca,Mg)α-Sialon陶瓷,但它的抗冲刷和抗酸碱腐蚀性能,优于一些SiC和Si<,3>N<,4>商业产品.该论文还以SHS合成的β-Si<,3>N<,4>(成本为15元/千克)为原料,研究了它的烧结行为和添加剂对材料密度和性能的影响.结果表明,自蔓延合成的β-Si<,3>N<,4>具有较差的活性,在1800℃热压都不能烧结致密.MgO是其有效的烧结助剂,添加10wt％MgO的样品通过1600℃热压烧结就可以达到致密化.以SHS合成的β-Si<,3>N<,4>粉体为起始原料,研究了β-Si<,3>N<,4>/(Ca,Mg)α-Sialon和β-Si<,3>N<,4>/Yα-Sialon复相材料的合成条件和力学性能.结果发现,某些组分的材料具有相当好的力学性能,硬度接近15GPa,韧性分别达到5.48和6.66MPa·m<'1/2>,这是一些值得引起注意的结果.