较低温度下制备自结合氮化硅铁制品

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2005.05.049 第27卷第5期 北京科技大学学报 Vol.27 No.5 2005年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dct,2005 较低温度下制备自结合氮化硅铁制品 陈俊红孙加林占华生刘晓光洪彦若 北京科技大学无机非金属材料系，北京100083 摘要为了深入了解闪速燃烧法制备的F©-SiN作为高温领域中新型原料的优良特性，用 粒度小于74μm的Fe-SiN,原料制成50mm×80mm的试样，成型压力为250kN,经1500℃恒温 3h空气条件下烧成后，在试样内部钻取36mm×50mm圆柱体进行气孔率、体积密度及常温 耐压强度等指标检测，并结合XRD,SEM,EDS及DTA-TG等进行了分析.结果表明，用纯Fe- Si,N,原料，不添加任何烧结助剂，依靠原料自身的F®Si以及原料中铁固溶体同氨化硅反应生 成的FSi的结合作用，在空气条件下低温烧成制备氮化硅铁耐火材料是可行的， 关键词氧化硅铁耐火材料：自结合：低温制备；烧结 分类号TB39 氨化硅为共价键化合物，自扩散系数低，难 热重(TG)分析，实验仪器型号为NETZSCH Ther- 于烧结，所以，以氮化硅为原料的制品的烧结温 mal Analyzer STA449C.升温范围为35~1500℃，升 度都在1850℃以上，而且多数要添加烧结助剂. 温速率为10℃·min',空气气氛. 氮化硅铁为氮化硅与铁相材料的复合体系，铁 相材料的熔点相对较低；以单纯的氨化硅铁为原 2实验结果与讨论 料，依靠材料自身的结合作用是否可以在空气条 2.1实验结果 件下低温烧成制备出性能较好的氮化硅铁耐火 (1)氮化硅铁制品烧后的显微分析.图1(a)为 材料.关于这方面的文献却未见报道，为此本文 烧后氮化硅铁制品的断口结构.从图中看出，烧 拟对其可行性进行实验探讨. 后的氮化硅制品存在两层：其一为致密层，其二 1实验 为内部灰白色部分.颜色较深的致密层的元素主 要为Si,Fe,O,Al等，EDS如图1(b),说明氮化硅铁 氮化硅铁是以粒度小于74m的FeSi75为原 料经闪速燃烧合成工艺制备的，原料FeSi75由闪 已经氧化. 图2为烧后氮化硅铁制品内部灰白色部分 速炉炉顶连续加入到炉内的高温氮气流中，在 (ZFSN)与氮化硅铁原料(FSN)的XRD对比.从图 1550℃，0.2MPa压力的氮气中闪速燃烧，生成氮 化硅铁.反应形成的氮化硅铁受重力作用落入产 中看出，烧后氨化硅铁中除a-Fe消失外，其余物 相都存在.烧后材料中的含铁材料仅为FeSi.图 物池中. 1中内部灰白色部分的显微结构如图3.从图中 取74μm的氮化硅铁原料，以胶水为临时性 结合剂，液压成型为中50mm×80mm的试样，压力 看出，亮白色的FeSi已经大都跑到颗粒间隙，充 为250kN.干燥后于空气气氛中烧成，烧成温度 当了氨化硅颗粒的粘结剂而把氮化硅颗粒粘到 了一起. 为1500℃，恒温3h.自然冷却至室温后，用36 (2)氮化硅铁制品的性能指标.烧后氮化硅铁 mm金刚石钻头在试样内部钻取36mm×50mm 圆柱体进行气孔率、体积密度、常温耐压强度等 制品的性能指标检测见表1， (3)氮化硅铁原料的DTA-TG分析.氮化硅铁 性能的检测，同时进行XRD,SEM及EDS分析. 原料的DTA-TG曲线如图4.从图中看出，氨化硅 取74μm的氨化硅铁细粉进行差热(DTA)- 铁原料从600℃开始缀慢增重，1100℃之后增重 收稿日期：2004-10-12修回日期：2005-03-15 基金项目：国家自然科学基金资助项目0No.5017207和5032010相对加快.放热峰的出现温度为1127.2℃，并伴 作者简介：陈俊红(1971一)，男，博士研究生 随失重

第2 7 卷 第 5 期 2 0 0 5 年 10 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Jo u 扭al o f 加ive 比ity of 肋i e . ce a 皿d Te c 五n o l o gy B e ij 加g V b L 2 7 N 0 . 5 O C t . 20 5 较低温度下制备 自结合氮化硅铁制品 陈俊 红 孙加 林 占华生 刘 晓 光 洪 彦若 北 京科技大 学无机 非金 属材 料系 , 北 京 10 0 53 摘 要 为 了深入 了解 闪速燃 烧 法制备 的 F e - 5 1 3从 作 为 高温 领 域 中新 型原 料的优 良特性 , 用 粒度 小于 74 卜m 的 F 卜Si 3N 月 原料制 成中50 r Dr n x 80 m l n 的试 样 , 成型 压力 为 2 50 kN , 经 1 5 0 ℃ 恒 温 3 h 空 气条 件 下烧 成 后 , 在 试样 内部 钻取 中36 I n r n x 50 ~ 圆柱体 进行 气 孔率 、 体积 密度及 常 温 耐压 强度 等指 标检 测 , 并结合 X RD , S E M , E D S 及 D T A es T G 等进 行 了分 析 . 结果表 明 , 用纯 F卜 is ,N4 原 料 , 不 添加任 何烧 结助 剂 , 依 靠原 料 自身 的 F e 3 is 以及原 料 中铁 固溶体 同氮 化硅 反应 生 成 的 eF 3 is 的结合 作 用 , 在 空气 条件 下低 温烧 成制 备氮 化硅 铁 耐火 材料 是可 行 的 . 关键 词 氧 化 硅铁 耐火 材料 : 自结合 ; 低温 制备 ; 烧 结 分类号 T B 3 9 氮 化硅 为共 价键 化 合物 , 自扩 散 系数 低 , 难 于 烧 结 , 所 以 , 以氮 化硅 为 原料 的制 品 的烧 结温 度 都 在 1 850 ℃ 以上 , 而 且 多数 要添 加烧 结助 剂 . 氮 化硅 铁 为氮 化硅 与 铁相 材料 的复合 体系 〔卜习 , 铁 相 材料 的熔 点相对 较低 ; 以单 纯 的氮 化 硅铁 为原 料 , 依 靠材 料 自身 的 结合作 用 是否可 以在空气 条 件 下 低温烧 成制 备 出性 能 较好 的氮 化 硅铁 耐火 材料 . 关 于 这方 面 的 文献 却 未见 报 道 , 为 此本 文 拟 对其 可 行 性进 行 实验 探 讨 . 热 重 ( T G ) 分 析 , 实验 仪 器 型号 为 N E zT S C H T h e -r m a l A n a ly z e r S T A 4 4 9 C . 升温 范 围 为 3 5一 1 5 0 0 ℃ , 升 温速 率 为 10 ℃ · m i n 一 ` , 空气 气氛 . 1 实验 氮化 硅 铁 是 以粒度 小于 74 林m 的 F es i75 为原 料 经 闪速燃 烧 合成 工 艺制 备 的 . 原料 F es i75 由 闪 速 炉 炉 顶连 续 加 入 到炉 内 的高 温 氮 气流 中 , 在 1 5 0 ℃ , .0 2 M p a 压力 的氮 气 中闪速 燃烧 , 生成 氮 化硅 铁 . 反 应形 成 的氮化 硅铁受 重力 作用 落入 产 物池 中 . 取 74 p m 的氮化 硅 铁 原料 , 以胶 水 为 临 时性 结合 剂 , 液压 成 型为 中50 ~ x8 0 ~ 的试样 , 压 力 为 2 50 kN . 干 燥 后 于空 气 气氛 中烧成 , 烧成 温度 为 1 5 0 0 ℃ , 恒 温 3 h . 自然 冷 却至 室温后 , 用 中36 m m 金 刚 石 钻 头在 试 样 内 部钻 取 中36 ~ 巧o r n r n 圆柱 体 进行 气 孔 率 、 体 积 密度 、 常温 耐 压强 度 等 性 能 的检测 , 同时进 行 X R D , S EM 及 E D S 分 析 . 取 74 卜m 的氮 化 硅铁 细 粉进 行 差 热 ( D T A卜 收 稿 日期 : 2 0 今】于 12 修回 日期 : 2 0 5-() 3一 15 蓦 金项 目 : 国家 自然科 学基 金资 助项 目N( 。 . 5 0 17 2 0 07 和 5 03 32 0 10) 作 者简 介 : 陈俊 红 ( 19 71 一) , 男 , 博 士 研 究生 2 实验结 果 与讨 论 .2 1 实 验 结 果 ( 1) 氮化 硅 铁 制 品烧 后 的显 微分 析 . 图 l a() 为 烧 后 氮化硅 铁 制 品 的断 口 结构 . 从 图 中看 出 , 烧 后 的氮 化硅 制 品存 在 两 层 : 其 一 为 致密 层 , 其 二 为 内部灰 白色 部 分 . 颜色 较深 的致密 层 的元 素主 要 为 iS , F e , 0 , A l等 , DE s 如 图 1b( ) , 说 明氮化硅 铁 已经 氧 化 . 图 2 为 烧 后氮 化 硅 铁 制 品 内部 灰 白色 部 分 (z F S N ) 与 氮化 硅 铁 原料 (F S N ) 的X R D 对 比 . 从 图 中看 出 , 烧后 氮 化硅 铁 中除。 尸 F e 消 失 外 , 其余 物 相 都 存在 . 烧 后 材 料中 的含铁 材料 仅 为 F e 3 is . 图 1 中 内部 灰 白色 部 分 的显 微 结 构如 图 3 . 从 图中 看 出 , 亮 白色 的 eF 3 is 已 经大 都 跑 到 颗粒 间 隙 , 充 当 了氮 化硅颗 粒 的粘 结 剂 而 把氮 化硅 颗 粒 粘 到 了一起 . (2 )氮 化硅 铁制 品 的性 能指 标 . 烧 后氮 化硅 铁 制 品 的性 能 指标检 测见 表 1 . (3 )氮 化硅 铁 原料 的 D T A- T G 分 析 . 氮化 硅铁 原料 的 D T A一 T G 曲线 如 图 4 . 从 图中看 出 , 氮 化硅 铁 原料 从 6 0 ℃ 开 始缓慢 增 重 , 1 1 0 ℃ 之 后 增 重 相对 加 快 . 放 热峰 的出现 温 度 为 1 12 .7 2 ℃ , 并 伴 随 失重 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 05. 049

Vol.27 No.5 陈俊红等：较低温度下制备自结合氨化硅铁制品 587 表1氮化硅铁制品的性能指标 Table 1 Performance indexes of Fe-Si,N,samples 试样 气孔率/%体积密度/(g·cm)耐压强度MPa 试样1 39.6 2.09 33.5 试样2 39.0 2.12 373 试样3 40.1 2.09 32.7 平均值 39.6 2.10 34.5 1200 L(6) Si 2.2分析与讨论 1000 由于氮化硅铁原料中含有Si,N,c-Fe及Fe,Si 800 等，所以高温下可能的反应如下： 吏 600 [1/3Si,N.(s)+Ox(g)=SiO2(s)+2/3N2(g) 400 △，G(-663777+69.31T),J (1) 200 [1/5SiN.(s)+Oa(g)=3/5SiO(s)+4/5NO(g) 0l2A1 Fe Fe △.G-(-317490+31.61,J (2) 0 2.0 4.06.0 8.0 1.0 4/3SiN(s+O:(g)=2Si2NO(s)+2/3N2(g) E/keV △，Gg-(-842547+38.21T,J (3) 图1烧后氨化硅铁制品的剖面结构(a)及EDS分析(b) 4/5SiN,(s)+O,(g)=6/5SiN2O(s+4/5NO(g) Fig.I Section structure (a)and EDS analysis (b)of calcined Fe- △，G8=(-424760+12.95T0,J (4) Si,N,samples 12/3SiN,O(s)+O,(g)-4/3SiO(s)+2/3N,(g) ■B-Si,N (5) △.G-(-602080+79.63刀，J ◆a-SiN, oSiO, T2IFe].+0,(g-2Fe0(s) Oa-Fe △，G-(-541038+126.96T7,J (6) ●FeSi 2/5FeSi(s)H0:(g)=6/5Fe0(s)+2/5SiO2(s) (7) △.G°=(-617433+191.5467)，J [9[Fe]+SiN.(s)=3Fe,Si(s)+2N2(g) (8) △，G-(204746-657.36T),J 20 40 60 80 式中，Fe]为a-Fe固溶体中的铁， 28/() 由文献[4]，在高氧分压条件下，氮化硅趋向 图2ZFSN与FSN的XRD图谱 于进行式(1)和式(2)的反应：而且式(1)进行的 Fig.2 XRD patteras of ZFSN and FSN Gibbs自由能最小，最容易进行.为便于比较氮化 硅铁材料烧结过程中化学反应发生顺序的先后， 仅将反应式(1)，式(6)，式(7)，式（⑧）的自由能与温 度的关系绘于图5.由图中看出，在低温状态下氮 化硅氧化的Gibbs自由能（见图5中直线1）最小， 氮化硅被氧化的反应是优先进行的：随着温度的 升高，反应式(8)的Gibbs自由能（见图5中直线8） 图3氨化硅铁制品的内部结构 变得最小，铁与氮化硅之间的反应变得更容易进 Fig.3 Interior structure of on an Fe-SiN,sample 行：而在整个温度范围内，铁相材料氧化的Gibs 110 0.6 自由能（见图5中直线6，直线）都不是最小，所 108 以，铁相材料的氧化反应可能始终处于被抑制状 0.4 态，仅有在氮化硅的氧化及氮化硅同铁的反应进 104 质量变化8.52% 行之后才可能发生. 0.2 102 质量变化0.15 从DTA-TG曲线可知，低温阶段，氮化硅铁 质量变化0.02% 100 下1.50%J0 氧化增重的速率很缓慢，氧化量较少，形成致密 200 400600800100012001400 层的可能性不大，此阶段应为氮化硅的氧化：随 温度/℃ 图4氢化硅铁原料的DTA-TG曲线 着温度的升高，1127.2℃时；在DTA曲线上出现 Fig.4 DTA-TG curves of Fe-Si,N. 较强的放热峰，同时在TG曲线上出现失重，结合

V匕1 . 2 7 N 0 . 5 陈俊 红等 : 较 低温度 下制 备 自结合 氮 化硅铁 制 品 . 5 8 7 - 表 1 氮 化硅铁 制品 的性 能指标 aT b l e 1 P e r 肠〕恤 a cn e i n d e x o o f eF 一 S训 . s a m P I。 试 样 气孔 率 /% 体积 密度 / 毯 · c m 一 , ) 耐压 强度 /M P a 试样 1 3 9 . 6 2 . 0 9 3 3 . 5 试样 2 3 9 . 0 2 . 12 3 7 3 试样 3 4 0 . 1 2 . 09 3 2 . 7 平 均值 3 9 . 6 2 . 10 3 4 . 5 .2 2 分 析 与讨 论 由于 氮化 硅 铁 原料 中含 有 S i 3 N 4瓜- F e 及 F e , 5 1 等 , 所 以高温 下可 能 的 反应 如 下 : 6)(78(4)23l5 ( b ) S i 、 A … … ` 万 e F e E / k e V 图 1 烧后氮 化硅 铁制 品 的剖 面结 构 (a) 及 E D S 分析 ( b ) F ig . 1 S e e血 n s tr u e tU er ( a ) a . d E D S a n a ly s is 伪) o f c a l c i n ed F e . S切 ; s a . P les . 声一 S i 3 N ` 。 a 一 S i 3 N 月 。 5 10 2 O a 一 F e 一 F e 3 Si . 咭甲 l , , z F洲 {义津黑母黑 i共黔 3N 切 }篡驾落器撰黔+45/ N` }墓上默黑;考辉卿 3N }篡黯母篇黑黔榔 {絮默言昆篇蓄淤 ( ` , ` 2` , , 1至琴咒罗篇器 6。 , , {篡箕沈篡翼裂尹 i ’ 1翼蕊:;禁{刃髯靠黔 凡 s() 0642280 0 ǎ象卞à侧燃 洲阴. ; 匕. . 0 . 1 | 1 . | | ì翻以洲 . l 目飞llse . 引囚日喇 se "l 2 0 4 0 6 0 8 0 2 0 / ( o ) 图 2 Z F S N 与 F S N 的 X R D 图谱 iF g · 2 X R D P a t e ur , o f Z F S N a n d FNS 图 3 氮化硅 铁 制品 的内部 结构 n g . 3 I . t e ir o r s t ur c加作 o f o . a n F -e S切 ; s a m p l e ǎ .1 互à奋。g仙甲 芝 脚 …遍2 00 4 0 0 60 0 8塑0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 温度 / ℃ 图 4 氮 化硅 铁原 料的 D T A` T G 曲线 F ig . 4 D T A . T G ` u vr es of F -e S训 . 式 中 , F[ e] 。 为。 , F e 固溶 体 中的铁 . 由文 献 [4] , 在 高氧 分 压 条件 下 , 氮 化 硅趋 向 于 进 行式 ( l) 和 式 (2 ) 的 反应 ; 而且 式 ( l) 进行 的 G ib b s 自由能最 小 , 最容 易进 行 . 为便 于 比 较氮 化 硅 铁材 料烧 结过 程 中化 学反 应发 生顺 序 的先后 , 仅 将 反应 式 ( l) , 式 (6 ) , 式 (7 ) , 式 (8) 的 自由能与 温 度 的关 系绘 于图 5 . 由图中看 出 , 在低温 状 态下 氮 化硅 氧 化 的 iG bbs 自由能 (见 图 5 中直 线 l) 最 小 , 氮 化硅被 氧 化 的反应 是优 先进 行 的 ; 随着 温度 的 升 高 , 反应 式 ( 8) 的 iG b be 自由能 (见 图 5 中直 线 8) 变得 最 小 , 铁 与氮 化硅 之 间 的反应 变得 更 容易进 行 ; 而在 整 个温 度 范 围 内 , 铁 相材 料氧 化 的 iG b bs 自由能 ( 见 图 5 中直线 6 , 直 线 7) 都 不 是最 小 , 所 以 , 铁相 材料 的氧 化 反应 可能 始终 处于 被抑 制状 态 , 仅有 在氮 化硅 的氧 化 及氮 化硅 同铁 的 反应进 行之 后才 可 能 发 生 , 从 D T A es T G 曲线 可 知 , 低 温 阶 段 , 氮 化硅 铁 氧 化 增重 的速率 很 缓慢 , 氧 化量 较 少 , 形 成致 密 层 的可 能性 不大 , 此 阶段 应 为氮 化硅 的氧化 ; 随 着 温度 的升 高 , 1 12 .7 2℃ 时 ; 在 D T A 曲线 上 出现 较 强 的放热 峰 , 同时在 T G 曲线 上 出现 失重 , 结 合

588· 北京科技大学学报 2005年第5期 200 制品在气孔率为40%的情况下强度仍是高达30 -200 MPa,这个指标对于高气孔率耐火材料来讲还是 比较高的，最主要的强度来源就是FeSi的结合 400 6 作用，其中既有反应式（⑧）生成的新生态FeSi,同 -600 时也有原体系材料中的FeSi;而不是依存于外来 -800 添加剂，主要是建立在自身体系材料的基础上 -1000 400 8001200 1600 的，依靠FeSi在氮化硅颗粒之间的粘结而赋予 温度/℃ 制品以较高的强度.以纯氮化硅铁为原料，依靠 图5反应自由能与温度的关系 自身的结合作用低温烧结制备氮化硅铁制品是 Fig.5 Relations between reaction free energy and temperture 可行的，如果加以改进使其致密，则材料的性能 上述反应式，反应前后体系失重的仅有反应式 会更好. (8),这说明在此温度下，铁同氮化硅发生反应生 成了FeSi,并释放出氮气.这与前述的热力学计 3结论 算也是一致的. 以纯Fe-Si,为原料，不添加任何烧结助剂， 氮气的生成将使氮化硅铁制品内部的氧气 依靠原料自身的Fe,Si以及原料中的铁固溶体同 浓度下降，氧分压降低，从而保证内部的氮化硅 氮化硅反应生成的FeSi的结合作用，在空气条 不被氧化或氧化速率降低.而在式（⑧）进行之后， 件下低温烧结制备氮化硅铁耐火材料是可行的. 氮化硅氧化的速率迅速增加，反应量增多，氧化 参考文献 致密层形成.同时，由于氧化层中氯化硅氧化之 []】陈俊红，孙加林，刘晓光，等.闪速燃烧合成的氮化硅铁 后，铁相材料氧化形成FeO.:而FeO.的形成降低 的研究.云南大学学报（自然科学版），2004,26(4A):218 了氧化层釉的粘度，氧化层致密化进程加快，不 [2]陈俊红，孙加林，薛文东，等.FSi75铁合金显微结构与氨化 性能的研究.铁合金，20043)：18 但使其内部得到封闭，避免外部氧源的进入，而 [3]陈俊红，孙加林，洪彦若，等.铁元素在氮化硅铁中的存在 且内部的氮气源也保证了氮化硅的稳定性，如 状态.硅酸盐学报，2004,32(11)：1347 此，内部就形成了以FeSi为主要结合相的氮化 [4]李文超.冶金与材料物理化学.北京：冶金工业出版社， 硅材料.据文献[6]，1500℃氮化硅稳定存在的氧 2001.44 [5]倪文，李建平，方兴，等.矿物材料学导论.北京：科学技术 分压(Po/P)大约在10-MPa以下.对于以氯化硅 出版社，1998.82 为主的材料，在如此条件下的烧结是不可能的， [6王林俊.MgO-Si,N,复合耐火材料制备、组成和性能研究： 也不会有强度的，但是，本实验制成的氮化硅铁 [学位论文】.北京：北京科技大学，2004 Preparation of self-bonded products on the base of Fe-SiN,at low temperature CHEN Junhong,SUN Jialin,ZHAN Huasheng,LIU Xiaoguang,HONG Yanruo Department of Inorganic and Nonmetallic Materials,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The Fe-Si,N,powder,synthesized by flashing combustion process,is considered as a new-style raw material for the high temperature condition,but its fine performance has not been recognized.The Fe-Si,N,powder less than 74 um was made into samples of 50 mm in diameter and 80 mm in height under a molding pressure of 250 kN.The apparent porosity,bulk density and strength resistance of the samples were measured by drilling a cylinder of 36 mm in diameter and 50 mm in height in the samples,which were sintered at 1 500'C for 3 h under the air con- dition.SEM,EDS and X-ray diffraction were employed to study the sintered samples.All the results showed that with Fe-SiN,as the raw material and no subsidiary materials,a refractory on the base of Fe-Si,N,could be prepared at low temperature under the air condition with the combining action of FeSi,which originated from the material and was made by the reaction between Fe and Si N.. KEY WORDS iron-bonded silicon nitride refractory;self-bonding;low temperature preparation;sintering

0 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 2 5 5 \ 二 6 、 、 . 、 胜升 ~ ( 竺二二二二二升一 一全冷 一一一一一 \ % 0 制品在 气孔 率 为 的情 况下 强 度 仍 是高 达 4 0 3 M P a , 这 个 指 标对 于 高气 孔率 耐 火材料 来讲 还 是 比较 高 的 . 最 主要 的强度 来 源 就 是 F伪 is 的结合 作用 , 其 中 既有 反应 式 ( 8) 生成 的新 生 态 eF 3 is , 同 时也 有 原体 系材 料 中的 F e 3 is ; 而不 是依存于外 来 添 加 剂 , 主 要 是 建 立在 自身体 系 材料的基础 上 的 , 依靠 F o is 在 氮化 硅 颗 粒之 间的 粘结 而 赋 予 制 品 以较 高 的强 度 . 以纯 氮 化硅 铁 为 原料 , 依 靠 自身 的 结合 作 用 低 温 烧 结 制备 氮 化 硅 铁 制 品 是 可行 的 , 如 果加 以改进 使 其致 密 , 则 材料 的性 能 会更 好 . ō-硼206o8 ǎ 一l 一。日 · 3 、愁v 一 0 4 0 0 80 0 1 2 0 0 l 6 0() 温度 / ℃ 图 5 反应 自由能 与温度 的关 系 iF .g S eR 扭6 0 . 5 b e 卜即 e e n 卿 e 拄o . n ℃ e . e 月幼 尸 a n d t e . p e rt “ 碑 上 述 反应 式 , 反应 前 后 体 系 失重 的 仅 有 反应 式 (8) , 这 说 明在 此温 度 下 , 铁 同氮 化 硅 发生 反应 生 成 了 eF 3 is , 并 释放 出氮 气 . 这 与前述 的热 力 学计 算 也是 一 致 的 . 氮气 的 生 成 将 使氮 化 硅 铁 制 品 内部 的氧 气 浓 度下 降 , 氧 分压 降 低 , 从 而保证 内部 的氮 化硅 不 被氧 化 或氧 化 速率 降低 . 而在 式 (8 )进 行 之后 , 氮 化硅 氧 化 的速 率迅 速 增 加 , 反 应量 增 多 , 氧 化 致 密层 形 成 . 同时 , 由于 氧 化层 中氮 化硅 氧 化之 后 , 铁 相材 料氧 化 形成 eF 认 ; 而 eF 认 的形 成 降低 了氧 化层 釉 的粘度 〔匀 , 氧 化层 致 密化进 程 加快 , 不 但 使其 内部得 到 封 闭 , 避 免外 部 氧源 的进 入 , 而 且 内部 的氮 气 源 也 保 证 了氮 化 硅 的 稳 定性 , 如 此 , 内部就 形 成 了以 F 岛iS 为主 要 结 合相 的氮 化 硅 材料 . 据 文 献 6[ ] , 1 50 ℃ 氮 化 硅 稳 定存 在 的氧 分压 伊。 2尸)大 约在 10 一 ZI M aP 以下 . 对 于 以氮化 硅 为 主 的材 料 , 在 如 此 条件 下 的烧 结 是不 可 能 的 , 也 不会 有 强度 的 . 但 是 , 本 实验 制成 的氮 化硅 铁 3 结 论 以纯 F -e iS 3玩 为 原料 , 不添 加 任何 烧 结助 剂 , 依靠 原 料 自身 的 eF 3 is 以及 原料 中 的铁 固溶 体 同 氮化 硅 反应 生 成 的 eF 3 is 的结 合 作用 , 在 空气 条 件 下低 温烧 结制 备氮 化硅铁 耐火 材 料是 可行 的 . 参 考 文 献 【l] 陈俊 红 , 孙加 林 , 刘 晓光 , 等 . 闪速 燃烧 合成 的氮 化硅 铁 的研究 . 云 南大 学学 报( 自然科 学版 ) , 加04 , 2 6( 4A ) : 21 8 2[ ] 陈俊红 , 孙 加林 , 薛 文东 , 等 . F es i 75 铁合 金显微 结构 与氮 化 性 能 的研 究 . 铁合 金 . 2 0 《 3) : 18 3[] 陈俊 红 , 孙加林 , 洪彦 若 , 等 . 铁 元 素在氮 化硅铁 中的存 在 状 态 . 硅酸 盐学报 , 2 以抖 , 3 2( 川 : 13 47 4[] 李文超 . 冶金 与材料 物 理化 学 . 北京 : 冶 金工 业 出版社 , 2 00 1 . 科 5[ l 倪文 , 李建平 , 方 兴 , 等 . 矿 物 材料 学导 论 . 北京 : 科 学技 术 出版 社 , 19 8 . 82 6[] 王 林俊 . M g压is .sN 复合耐 火 材料 制备 、 组 成和性 能研 究 : 〔学 位论 文 ] . 北 京 : 北 京科技 大 学 , 2 0 04 P er P ar at i o n o f s e l-f b o n d e d Por du e t s o n ht e b a s e o f F e 一 5 1入 4 at l o w et m P e r a ut er C 月E N uJ hn o ng, S〔刀ViJ a lin , 乙队咬N 石匆a hs e n g LI U 刀。口g u a ng, H O N G aY nr ou D e P a rt m e n t o f l n o唱 aD i e皿 d N omn e alt li e M at ier a l s , U n i v esr iyt o f s e i enc e aD d eT e bn o l o gy B e ij ing , B e ij ign l 0() 0 8 3 , C h 泊a A B S T R A C T T h e F e 一 5 1 , N 4 P o w de 几 s yn ht e s i ez d b y fl a s h ign e o m b u s t i o n Por e e s s , 1 5 e on s i d眼d as a n ew 一 s yt l e awr m at ier a l fo r het h i g h et m P e r a ut 化 e o n d i t ion , b u t it s ifn e P e r fo mr an e e h a s n ot b e e n 兀c o gn ieZ d . hT e F e 一 5 1入 ; P o w d er l e s s ht an 74 林m w a s m ad e i n ot s am Pl e s o f 5 0 r D r n i n d i am e t e r an d 80 r Dm in h e i ght un d er a m o 1d 1 n g P 二5 5眠 o f 2 5 0 kN . hT e ap P aer in P . s i yt, b u lk de n s i yt an d s证 n ght er s i s ant e e o f het s a m Pl e s w e er m e a s毗 d b y idr llin g a e y l i n d e r o f 3 6 r n们匡 in d i am et e r an d 5 0 m r n in he i g ht in ht e s a m P l e s , w h i e h w er s i n t e肥 d at l 50 0 oC for 3 h u n d e r het a ir e o n - d iti o n . S E M , E D S an d X 一 r a y d i份ac t i o n w e er e m P ot y e d ot s ut 勿 ht e s int 眼d s a m P le s . A ll ht e er s u it s s ho w e d ht a t w i ht F e 一 5 1入 4 a s ht e awr m at ier al an d n o s u b s i d i a yr m at e ir a l s , a 祀far e t o yr o n ht e b a s e o f F e 一 5 1卿 。 e o u l d b e Per P aer d at l o w et l n P e r a tU 犯 un d e r ht e a ir e o n d it i o n w it h ht e e o m b i n i n g ac it o n o f F e 3 S i , hw i e h iOr g in aet d if D m ht e m aet ir a l an d w a s m a d e by ht e er a ct i o n b e wt e e n F e a n d 5 1入 ; . K E Y W O R D S ior n 一 b o n d e d s ili e on n iitr d e er fr a e ot yr : s e l仁b o n d i n g ; fo w et m P e r a ot 祀 P肥P ar a t i o n : s int e inr g