Vol.26 No.4 王林俊等：MgO/SiN,复合材料表面致密层的形成机理 ·401· 和未氧化层之间的变化，对试样进行了扫描电镜 剂不同，致密层的致密程度和厚度不同，添加铝 观察.结果示于图1和图2. 的试样中所形成的致密带最宽，厚度约0.102 从图1的显微结构照片可以看出：()致密层 mm:(3)无添加剂的试样也有致密层形成，只不过 在氧化层和非氧化层之间的界面上形成：(2)添加 较薄、较少. 通过研究发现，含SiN,复合材料具有“自阻 碍氧化”的性能，氧化过程能自发形成阻碍氧化 的致密层：添加剂的引入可以加厚、加密致密层， 而且改变了致密层的相组成.在电镜下观察，无 添加剂和添加硅的试样，其致密层主要是MS和 小颗粒MgO:添加铝的试样，其致密层主要是 MS、小颗粒MgO和少量的MA尖晶石. 图2是添加铝试样的致密层照片，从照片可 见，致密层是以小颗粒MgO为骨架，MS及少量 的MA尖晶石填充其间并结晶长大而形成的. 2.2添加铝试样的元素分布 为了进一步确定元素在各层分布的定量数 据，对添加AI的试样进行能谱分析，其结果列于 表3. 表3添加A」的试样的元素分布（质量分数） Table 3 Elemental distribution in the sample with Al met- % (c)无添加剂试样的显微结钩 分布区 N O Mg Si Al Fe Ca 致密层036.1732.1821.067.581.951.31 原砖层162330.8332.2419.616.38 2.492.22 原砖层29.1923.7632.3422.117.792.542.27 注：原砖层1,2分别为致密层下1mm和致密层下4mm 由表3对比原砖层（致密层下4mm)的含量可 以看出： (I)致密层中除N被O代替外，Si,A1含量均 图1含不同添加剂的SEM显微结构照片 提高，而且Si量的增加较A]量大， Fig.1 SEM micrographs of samples with different addi- (2)致密层下1mm处的原砖层中已有少量的 tives N被O取代，即有少量O渗入到此层. (3)致密层下1mm处的原砖层中的部分Si和 A1转移到致密层，甚至部分挥发损失. 3致密层形成机理 致密层的形成是由于层中存在较高的硅或 硅与铝，而且增加的硅铝又都是以复合化合物存 在.这就有理由认为它们是以气体的形式扩散出 来，然后按气-固反应形成复合物 下面分析硅、铝气态化合物的形式、形成条 图2添加铝试样的致密层的SEM相片 件和反应的方式. Fig.2 SEM micrograph of the compact layer of the sample 3.1气态SiO(g)的形成是Si向外扩散的原因 with Al metal 气态SiO(g)的生成条件（热力学数据均来自王 林 俊 等 切 复合材料 表面致 密层 的形成机 理 和 未氧化层 之 间 的变 化 ， 对 试样进 行 了扫 描 电镜 观 察 结果 示 于 图 和 图 从 图 的显 微 结 构 照 片 可 以看 出 致 密层 在氧化 层和 非氧化层 之 间 的界 面上 形成 添 加 剂 不 同 ， 致 密 层 的致 密 程 度 和 厚 度 不 同 ， 添 加铝 的试 样 中所 形 成 的致 密 带最 宽 ， 厚度 约 一 无添 加剂 的试 样 也有致 密层 形成 ， 只 不过 较 薄 、 较 少 通过 研 究发 现 ， 含 汹 复合 材 料具 有 “ 自阻 碍 氧 化 ” 的性 能 ， 氧 化 过程 能 自发 形成 阻碍氧 化 的致 密层 添 加 剂 的引入可 以加 厚 、 加 密致密层 ， 而 且 改变 了致 密 层 的相 组 成 在 电镜 下 观 察 ， 无 添 加 剂和 添 加硅 的试 样 ， 其 致 密 层 主 要 是 峡 和 小颗 粒 添 加 铝 的试 样 ， 其 致 密层 主 要 是 呱 、 小颗 粒 和 少 量 的 尖 晶石 图 是添 加铝 试 样 的致 密 层 照 片 从 照 片可 见 ， 致密 层 是 以小颗 粒 为骨 架 ， 从 及 少量 的 尖 晶石 填 充其 间 并结 晶长 大 而 形 成 的 添 加 铝 试 样 的 元素 分 布 为 了进 一 步确 定 元 素 在 各 层 分布 的定 量 数 据 ， 对 添 加 的试 样 进 行 能谱 分 析 ， 其 结果列 于 表 表 添 加 的试样 的 元 素分 布 质 分 数 如 分布 区 致密层 ， 原砖层 ‘ 原砖 层 注 原砖层 ， 分 别 为致密层 下 和 致密层 下 们。 们比 图 含 不 同添 加 剂的 显微结构 照 片 哈 邝 俪 初 月 · 图 添 加 铝试样 的致 密层 的 相 片 卜 血 ，厅 由表 对 比原砖 层 致密 层 下 刃。 们。 的含量可 以看 出 致 密 层 中除 被 代 替外 ， ， 含量均 提 高 ， 而 且 量 的增 加较 量 大 致密层 下 处 的原砖 层 中 己有少量 的 被 取代 ， 即有 少量 渗 入 到 此 层 致 密 层 下 处 的 原砖 层 中 的部分 和 转移 到致 密 层 ， 甚 至 部 分 挥 发损 失 致 密层 形 成机 理 致 密 层 的 形 成 是 由于 层 中存 在 较 高 的硅 或 硅 与铝 ， 而 且 增 加 的硅 铝 又 都 是 以复合 化合 物存 在 这 就 有理 由认 为它们 是 以气体 的形 式扩 散 出 来 ， 然 后 按 气一 固反应 形 成 复合 物 下 面 分 析硅 、 铝 气态 化 合 物 的形 式 、 形 成 条 件和 反 应 的方式 气态 的形 成是 向外 扩 散的原 因 气 态 的生 成 条件 热 力学 数据均 来 自