·838· 工程科学学报，第38卷，第6期 随着保温时间的延长，产物中碳含量逐渐减少，碳化硅 摩尔比为2时石英反应完全，莫来石分解不完全，碳化 和氧化铝含量不断增加.保温4h碳化硅和氧化铝相 硅和氧化铝生成量较少.随着C/Si摩尔比增加，莫来 对强度分别为49.76%和47.32%，接近粉煤灰中碳化 石相消失，碳化硅和氧化铝相对强度逐渐增加，C/S 硅和氧化铝的理论生成量（假设粉煤灰只含氧化硅和 摩尔比为5时两者的相对强度接近理论生成量.因 氧化铝两种物质)49.95%和50.05%（质量分数）.较 此，增加碳含量有利于促进反应的进行，较合适的C/ 合适的保温时间为3~4h,生成碳化硅和氧化铝含量 Si摩尔比为4~5. 较多. 一莫来石 80 70 ·一碳化硅 4一莫来石 70 一三氧化二铝 ·一碳化硅 60 4一三氧化二铝 60 一碳 50 50 40 30 30 20 10 10 CSi摩尔比 t/h 图10不同配碳量物相相对强度 图8不同保温时间时物相相对强度 Fig.10 Relative intensity of products synthesized at different C/Si Fig.8 Relative intensity of products synthesized at different holding molar ratios periods of time 3.4SiC/A山03系复合材料的微观组织结构 3.3C/Si摩尔比的影响 图11为粉煤灰与石墨(C/Si摩尔比为4)在 按粉煤灰中氧化硅的含量进行配碳量计算，理论 1823K保温3h还原产物扫描电镜图.从图11(a)可 C/Si摩尔比为3，实际配料适当增减碳含量，研究配碳 以看出，还原产物由大量不规则块状物（灰色）和细 量(C/Si摩尔比2、3、4和5)对还原产物的影响.图9 小颗粒物（亮白色）组成，并且细小颗粒物生长在片 和图10分别为粉煤灰在1823K保温3h不同C1Si摩 状物表面或边缘。图12的能谱图表明，块状物主要 尔比时还原产物X射线衍射图和物相相对强度图.为 为氧化铝，细颗粒物为碳化硅.图11(b)为亮白色区 了便于比较碳化硅和氧化铝的生成量，利用绝热法计 域A放大图.从图中可以看出碳化硅呈片状，且粒 算出各物相的相对强度后，去除碳的相对强度，重新计 度小于20μm 算其他组分的相对强度.X射线衍射分析表明C/Si 3.5SiC/AL03的生成过程 又莫来石·碳化硅◆三氧化二铝△碳 碳化硅的生成机理，较多研究者圆认为反应式 C/Si=5 (1)为氧化硅与碳生成碳化硅的总反应方程式，碳化 硅的生成存在关键的中间过程(2)和(3).首先氧化 硅和碳反应生成气态的Si0,然后Si0再与碳反应生成 C/Si=4 碳化硅，即碳化硅的生长遵循气-固机理.对比粉煤灰 反应前和反应后的扫描电镜图可以发现，球状颗粒和 不规则颗粒完全崩塌，而粉煤灰熔融性检测表明变形 C/Si=3 温度为1703K,软化温度大于1773K.造成颗粒破坏 C/Si=2 的原因，即SiC/L,O3的生成过程是：石英颗粒及球形 颗粒和不规则颗粒中石英和碳，按照两步中间过程形 50 70 成碳化硅，球形颗粒和不规则颗粒被破坏，使得莫来石 20Me) 相暴露出来.莫来石（莫来石理论分解温度为1623~ 图9不同C/Si摩尔比还原产物X射线衍射图 1823K)在高温下分解为游离的氧化铝和氧化硅，氧化 Fig.9 XRD patterns of product synthesized with different C/Si molar 硅与碳生成碳化硅，随着反应的不断进行，最终使得颗 ratios 粒消失工程科学学报，第 38 卷，第 6 期 随着保温时间的延长，产物中碳含量逐渐减少，碳化硅 和氧化铝含量不断增加． 保温 4 h 碳化硅和氧化铝相 对强度分别为 49. 76% 和 47. 32% ，接近粉煤灰中碳化 硅和氧化铝的理论生成量( 假设粉煤灰只含氧化硅和 氧化铝两种物质) 49. 95% 和 50. 05% ( 质量分数) ． 较 合适的保温时间为 3 ～ 4 h，生成碳化硅和氧化铝含量 较多． 图 8 不同保温时间时物相相对强度 Fig． 8 Ｒelative intensity of products synthesized at different holding periods of time 图 9 不同 C / Si 摩尔比还原产物 X 射线衍射图 Fig． 9 XＲD patterns of product synthesized with different C / Si molar ratios 3. 3 C / Si 摩尔比的影响 按粉煤灰中氧化硅的含量进行配碳量计算，理论 C / Si 摩尔比为 3，实际配料适当增减碳含量，研究配碳 量( C / Si 摩尔比 2、3、4 和 5) 对还原产物的影响． 图 9 和图 10 分别为粉煤灰在 1823 K 保温 3 h 不同 C / Si 摩 尔比时还原产物 X 射线衍射图和物相相对强度图． 为 了便于比较碳化硅和氧化铝的生成量，利用绝热法计 算出各物相的相对强度后，去除碳的相对强度，重新计 算其他组分的相对强度． X 射线衍射分析表明 C / Si 摩尔比为 2 时石英反应完全，莫来石分解不完全，碳化 硅和氧化铝生成量较少． 随着 C / Si 摩尔比增加，莫来 石相消失，碳化硅和氧化铝相对强度逐渐增加，C / Si 摩尔比为 5 时两者的相对强度接近理论生成量． 因 此，增加碳含量有利于促进反应的进行，较合适的 C / Si 摩尔比为 4 ～ 5． 图 10 不同配碳量物相相对强度 Fig． 10 Ｒelative intensity of products synthesized at different C / Si molar ratios 3. 4 SiC /Al2O3 系复合材料的微观组织结构 图 11 为 粉 煤 灰 与 石 墨 ( C / Si 摩 尔 比 为 4 ) 在 1823 K 保温 3 h 还原产物扫描电镜图． 从图 11( a) 可 以看出，还原产物由大量不规则块状物( 灰色) 和细 小颗粒物( 亮白色) 组成，并且细小颗粒物生长在片 状物表面或边缘． 图 12 的能谱图表明，块状物主要 为氧化铝，细颗粒物为碳化硅． 图 11( b) 为亮白色区 域 A 放大图． 从图中可以看出碳化硅呈片状，且粒 度小于 20 μm． 3. 5 SiC /Al2O3 的生成过程 碳化硅的生成机理，较多研究者［18］ 认为反应式 ( 1) 为氧化硅与碳生成碳化硅的总反应方程式，碳化 硅的生成存在关键的中间过程( 2) 和( 3) ． 首先氧化 硅和碳反应生成气态的 SiO，然后 SiO 再与碳反应生成 碳化硅，即碳化硅的生长遵循气!固机理． 对比粉煤灰 反应前和反应后的扫描电镜图可以发现，球状颗粒和 不规则颗粒完全崩塌，而粉煤灰熔融性检测表明变形 温度为 1703 K，软化温度大于 1773 K． 造成颗粒破坏 的原因，即 SiC /Al2O3 的生成过程是: 石英颗粒及球形 颗粒和不规则颗粒中石英和碳，按照两步中间过程形 成碳化硅，球形颗粒和不规则颗粒被破坏，使得莫来石 相暴露出来． 莫来石( 莫来石理论分解温度为 1623 ～ 1823 K) 在高温下分解为游离的氧化铝和氧化硅，氧化 硅与碳生成碳化硅，随着反应的不断进行，最终使得颗 粒消失． · 838 ·