·406· 北京科技大学学报 2001年第5期 下两反应的吉布斯自由能的值皆大于0，实际 实验8得到了约81%（质量分数）的Ca-a-Sia 条件下gpp)<0,则反应吉布斯自由能的值一 lom.图4是实验8烧结样品的X射线衍射分析 定为正值，因此反应是逆向进行的，即杂质元素 图谱. Na和K以单质气体的形式存在.Na和K的单 表3实验条件与结果 质气体随流动的氮气流排出反应器外，再氧化 Table 3 Experimental conditions and results 生成各自稳定的氧化物. Not/℃CaO Phases Ca-a-Sialon/SiC 1 1 550 Lower SiC,a-Si,N,a-SiN 0 2实验验证 2 1 550 Proper Ca-a-Sialon,SiC 0.48 3 1 550 Higher Ca-a-Sialon,SiC 0.90 本实验采用上海宝钢高炉水淬渣作为原 4 1 600 Lower Ca-a-Sialon,Sic 0.86 料，通过添加硅砂和蓝晶石来调整成分使之落 5 1 600 Proper Ca-a-Sialon,SiC 0.79 于Ca-a-Sialon单相区，各种原料的成分见 6 I 600 Higher Ca-a-Sialon,SiC 1.15 表2. 7 1 650 Lower Ca-a-Sialon,SiC 2.38 表2实验原料成分（质量分数） 8 1 650 Proper Ca-a-Sialon,Sic 4.63 Table 2 Compositions of the starting material powders 9 1 650 Higher Ca-a-Sialon,SiC 1.72 化合物 高炉渣 蓝晶石 硅砂 SiO, 33.80 31.75 99.50 6000 AlO, 14.50 59.76 0.20 5000 &净8siao4 CaO 40.52 4000 Mgo 8.50 一 K:O,Na;O 0.98 3000 多 Fe:O, 0.25 0.10 2000 杂质 0.68 1000 0 时司 各种固体原料按设计成分进行配料，6h球 20 40 60 80 100 磨混料，然后干燥，加入粘结剂，并在150MPa 图4实验8烧结样品X射线衍射分析图谱 下机压成型.将成型的样品放人刚玉坩埚内，埋 Fig.4 XRD pattern of sintering sample in No.8 粉，将坩埚放于立式钼丝炉中，底部通人高纯 N,常压下烧结.利用X射线衍射分析确定了烧 实验结果表明：在1650℃，氨分压为0.1 结样品的相组成，并用TEM进行显微形貌观察. MPa,氧分压在10-23MPa的条件下，CaO含量 2.1热力学分析的可靠性 为化学计量有利于合成Ca-a-Sialon. 表3给出了烧结保温时间为4h的实验条 2.2TEM显微形貌观察及选区电子衍射结果 件和实验结果，并着重考察CaO含量与温度2 实验8烧结样品在玛瑙研钵中细磨成粉， 个因素对合成Ca-a-Sialon的影响.由于在烧 过300目筛，在无水乙醇中超声波振荡进行均 结过程中，产生大量气体，因此样品很疏松. 匀分散，滴于有醋酸显微微栅膜的铜网上，喷碳 表3中的实验1,4和7使用的是同一配料 后进行透射电镜显微形貌观察，图5是实验8 的样品，只是烧结温度不同，实验2,5,8和实验 烧结样品粉末样的TEM形貌图，分别对图中块 3,6,9分别使用2种配料的样品.从实验1,2和 状的颗粒A和长柱状的颗粒B做电子选区衍射 3可以看出，同一温度下(1550℃)，实验1没有 (见图5)，通过标定证明A和B均为Ca一a-Sia- 生成Ca-a-Sialon,而CaO含量为化学计量的 lon. 实验2和Ca0含量过量10%的实验3生成了 这种长柱状晶粒的存在可以使材料在受外 Ca一a-Sialon,由此可见CaO的过量加人可以降 界载荷的作用下，内部发生裂纹偏转、裂纹桥连 低Ca-a-Sialon的合成温度.同种配料的样品 及晶粒拔出等造成能量耗散增大的变化，从而 不同温度下烧结的结果表明，随着温度的升高 优化材料的机械性能.Ca-a-Sialon中这种长柱 Ca-a-Sialon含量增加，SiC含量减少，说明较 状和块状晶粒的同时存在，说明Ca一a-Sialon 高的温度可以促进Ca一a-Sialon的合成.其中 有潜在的自增韧作用，北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 下 两 反应 的吉布斯 自由能的值皆大于 ， 实际 条件下 印 ， 则反应 吉布斯 自由能 的值一 定 为正值 ， 因此反应是逆 向进行的 ， 即杂质元素 和 以单质气体 的形式存在 和 的单 质气体随流 动 的氮气流 排 出反 应器外 ， 再氧化 生成各 自稳定 的氧化物 实验验证 本 实验 采 用 上 海 宝 钢 高 炉水 淬渣 作 为原 料 ， 通过添加硅砂和 蓝 晶石 来调 整 成分使之落 于 一 一 单相 区 ， 各种 原 料 的成分 见 表 表 实 验原 料成分 质 分数 几 比 相 加 山 化合物 高炉渣 蓝晶石 硅砂 一 一 一 一 ， 一 一 一 杂质 各种 固体原料按设计成分进行配料 ， 球 磨混料 ， 然后 干燥 ， 加人粘结剂 ， 并在 下 机压成型 将成 型 的样品放入刚玉 增祸 内 ， 埋 粉 ， 将柑涡放于 立 式铝 丝 炉 中 ， 底部通 人 高纯 ， 常压下烧结 利用 射线衍射分析确定 了烧 结样品 的相组成 ， 并用 进行显微形貌观察 热力学分析的可靠性 表 给出了烧结 保温 时 间 为 的实验条 件和 实验结果 ， 并着重考察 含量 与温度 个 因素对合成 一 一 的影 响 由于 在烧 结过程 中 ， 产生大量气体 ， 因 此样 品很疏松 表 中的实验 ， 和 使用 的是 同一配料 的样 品 ， 只是烧结温度不 同 ， 实验 ， ， 和 实验 ， ， 分别使用 种配料 的样 品 从实验 ， 和 可 以 看 出 ， 同一 温度 下 ℃ ， 实验 没有 生成 一 一 ， 而 含量 为化学计量 的 实验 和 含 量过 量 的 实验 生 成 了 一 一 ， 由此 可见 的过量加人可 以 降 低 一 一 的合成温度 同种 配料 的样 品 不 同温度 下烧结 的结果表 明 ， 随着温度 的升高 一 一 含量增 加 ， 含量减 少 ， 说 明较 高的 温度 可 以促进 一 一 的合成 其 中 实验 得 到 了约 质量 分数 的 一 一 图 是实验 烧结样 品 的 射线衍射分析 图谱 裹 实验条件与结果 几 块 如 ， 卿 “ ℃ 一 一 川 ， 一 ， 。 ， 一 ，礼 一 一 ， 一 一 ， 一 一 ， 一 一 ， · 一 一 ， 一 一 ， 一 一 ， 一 一 ， 一 “ ， 。 声一 一 仍工价。 刊︵寸。 侧 燃 二鑫氛 ︵苏忍 ︵，二巴 ︹丫洲到研一吸“ 二叫工，了产，仁七、 产 丫 黔 ︵一。、 ︵。二 ‘ 二止竺兰坚二乙巴丝坚竺望笠己之七二芝匕兰目 图 实验 烧结样品 射线衍射分析图谱 恤 血 ， 口 加 加 · 实 验结果表 明 在 ℃ ， 氮分压 为 ， 氧分压在 一 的条件下 ， 含量 为化学计量有利于 合成 一 一 显微形貌观察及选区 电子衍射结果 实验 烧结样 品 在玛 瑙研钵 中细 磨成粉 ， 过 目筛 ， 在无水 乙 醇 中超声波振荡进行均 匀分散 ， 滴于有醋酸显微微栅膜的铜网上 ， 喷碳 后进行透射 电镜显 微形貌观察 ， 图 是 实验 烧结样 品 粉末 样 的 形貌 图 ， 分别对 图 中块 状 的颗粒 和 长柱 状 的颗粒 做电子选 区衍射 见 图 ， 通 过标定证明 和 均 为 一 一 这种 长柱状 晶粒的存在 可 以使材料在受外 界载荷 的作用下 ， 内部发生裂纹偏转 、 裂纹桥连 及 晶粒拔 出等造成能 量耗散增 大 的变化 ， 从而 优化材料的机械性能 一 一 中这种长柱 状和块状 晶粒 的同时存在 ， 说明 一 一 有潜在 的 自增韧作用‘