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以Al_2O_3、Al_2Si_2O_5（OH）_4和C为原料合成Al_4SiC_4

作　者: 白春丽
导　师: 李秀华；赵建立
学　校: 天津大学
专　业: 材料工程
关键词: Al4SiC4 合成 碳热还原 高岭石
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


Al4SiC4有可能成为好的结构陶瓷材料和耐火材料的非氧化物原料。迄今为止,Al4SiC4的合成以金属+碳、金属+氧化物+碳或碳化物为原料。本课题以Al2O3、Al2Si2O5（OH）4和C为原料,在电炉中于Ar气氛下加热,考查了加热温度、保温时间、原料比率、原料粒度、原料种类等对合成Al4SiC4的影响。混合物加热时的状态（粉体,成型体）对生成物的影响不大。在1500℃加热后的试样中观察到Al4SiC4生成,之后,随加热温度的升高生成量增加;从1550℃开始观察到Al4O4C存在,其生成量随加热温度的升高先增加后减少;在1450℃加热后的试样中没有观察到莫来石相,并且所有的SiO2都已经生成了SiC。对于C:Al2O3:Al2Si2O5（OH）4=24:3:1和16:3:1的混合粉末,在1700℃分别保温5 h和7 h,反应达到充分,之后几乎不再变化。随着配料中高岭石量的减少,生成物中的SiC的残留量逐渐减少,当C:Al2O3:Al2Si2O5（OH）4=16:3.3:0.7时,生成Al4SiC4单相,进一步减少高岭石的配入量,则生成物中开始出现残留Al4C3。C:Al2O3:Al2Si2O5（OH）4=16:3.3:0.7的混合物在1700℃保温9 h后生成的Al4SiC4单相片状粒子,长度约4～7μm,宽度约2～4μm,厚度约1～2μm。Al2O3和Al2Si2O5（OH）4原料的粒度对生成物的成分有显著的影响,当原料的粒度增大时,生成物中除了Al4SiC4,还有SiC存在。碳原料（石墨和炭黑）的对比说明,碳的种类对反应几乎没有影响。结合试验结果和热力学分析可以知道,升温过程中先发生SiO2向SiC的转化反应,再发生Al2O3向Al4O4C的转化反应,最后发生Al4O4C+SiC+C向Al4SiC4的生成反应。加热过程中,有Al（g）、Al2O（g）、SiO（g）和CO（g）等挥发性气体产生。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 文献综述  7-27
  1.1 Al_4SiC_4的基础参数  7-11
  1.2 Al_4SiC_4的合成  11-16
    1.2.1 以Al、Si和C为原料合成Al_4SiC_4  11-14
    1.2.2 以SiC和Al_4C_3为原料合成Al_4SiC_4  14
    1.2.3 以Al, Kaolinite和C为原料合成Al_4SiC_4  14-16
  1.3 Al_4SiC_4的特性  16-22
    1.3.1 Al_4SiC_4粉末的氧化特性  16
    1.3.2 Al_4SiC_4 粉末的水化特性  16-17
    1.3.3 Al_4SiC_4粉末与CO的反应  17-19
    1.3.4 Al_4SiC_4粉末的烧结性和烧结体的硬度  19
    1.3.5 Al_4SiC_4烧结体的氧化特性  19-21
    1.3.6 Al_4SiC_4烧结体的弯曲强度  21
    1.3.7 Al_4SiC_4 烧结体的热导率和热膨胀系数  21
    1.3.8 Al_4SiC_4烧结体的电阻率  21-22
  1.4 Al_4SiC_4的应用  22-26
    1.4.1 Al_4SiC_4在含碳耐火材料中的应用  22-25
    1.4.2 Al_4SiC_4-SiC烧结体  25
    1.4.3 Al_4SiC_4涂层  25-26
  1.5 课题的提出及主要研究内容  26-27
    1.5.1 课题研究的目的、思想和意义  26
    1.5.2 课题主要研究内容  26-27
第二章 研究方法  27-30
  2.1 所用原料  27
  2.2 实验设备及研究方法  27-30
第三章 实验结果和讨论  30-47
  3.1 混合物加热状态对合成Al_4SiC_4的影响  30
  3.2 加热温度对合成Al_4SiC_4的影响  30-32
  3.3 保温时间对合成Al_4SiC_4的影响  32-34
  3.4 原料比率对合成Al_4SiC_4的影响  34
  3.5 合成物的显微结构  34-36
  3.6 Al_2O_3原料粒度对合成Al_4SiC_4的影响  36
  3.7 Al_2Si_2O_5(OH)原料粒度对合成Al_4SiC_4的影响  36-37
  3.8 碳原料对合成Al_4SiC_4的影响  37
  3.9 热力学计算及加热过程中的反应机理  37-41
  3.10 Al-Si-C-O 系挥发性气体的热力学计算及反应机理  41-45
  3.11 Al_2O_3和Al_2Si_2O_5(OH)_4原料粒度对合成的影响机理  45-47
第四章 结论  47-48
参考文献  48-54
发表论文和科研情况说明  54-55
致谢  55

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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