Al3BC3在真空或氮气气氛下高温热稳定性研究

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Al-B-C体系包含多种化合物,如Al3BC3、Al3B48C2、AlB24C4等,在这些化合物中,Al3BC3因其具有低密度、高硬度和韧性以及较高的化学稳定性等特点,是当前最有前途的高温轻质结构陶瓷材料之一。材料不同的使用环境均可能导致其损毁,因而了解材料的热稳定性对其应用十分重要。目前Al3BC3在氧化气氛和Ar气氛下的稳定性已经有相关研究,研究表明,Al3BC3的热稳定性与温度及气氛相关。与Ar类似,N2也是实验室和工业中常用的惰性气体,然而,Al3BC3在N2中的热稳定性仍未研究过。在不添加烧结助剂的前提下直接氮化Al3BC3可以为无压烧结制备AlN-BN提供一种可行的方法。本文以三元碳化物Al3BC3在不同气氛(真空和N2)中高温下稳定性的研究为基础,研究了以Al3BC3为原料氮化制备AlN-BN复合材料,并探究了热处理温度和保温时间对产物的物相组成和微观形貌的影响。(1)在真空中,Al3BC3中Al(g)首先从晶格中逸出,迅速被抽离体系,Al完全消耗后的产物为C和B4C的混合物。由于Al(g)从Al3BC3晶格中的逸出是一个由表及里的过程,及Al3BC3块体表面在1600℃时可能已经完全分解。Al3BC3粉体的分解在1400℃已经发生,在1600℃时完全分解。(2)Al3BC3在N2中的热稳定性研究结果表明,Al(g)首先从Al3BC3晶格中逸出然后与N2(g)反应生成AlN,Al3BC3在N2气氛下的最终产物为AlN,BN和C。Al3BC3粉体在N2气氛下的热稳定性研究结果表明:氮化产物的生成会阻碍氮化反应的进一步进行;杂质气氛CO(由N2中O2杂质和石墨毡反应生成)可促进Al3BC3与N2的反应;不同粒径的Al3BC3原料在N2中的热稳定性的差异则是由Al3BC3与N2的接触面积不同导致。(3)基于三元碳化物Al3BC3在不同气氛(真空和N2)中高温下稳定性的研究,采用直接发泡法制备多孔Al3BC3坯体,再将坯体置于高温管式炉中于流动的N2气氛下进行热处理,为制备多孔AlN-BN复合材料提供了一种可行的办法。
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