D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.06.009 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1999 气氛对CaZr03/ZrB2复合材料烧结的影响 陈德平》 赵海雷) 钟香崇) 王俭2) 1)北京科技大学资源工程学院，北京100083 2)北京科技大学材料科学与工程学院 摘要氧化物与非氧化物的烧结，合适气氛的选择特别重要.CZO,与ZB,是化学性质截 然不同的2种化合物，经过热力学分析，在所考虑的各种气氛中，这2种化合物高温时只有在 A气保护的中性气氛中才能稳定存在，实验也证实了热力学分析的可靠性. 关键词锆酸钙：硼化锆：烧结气氛 分类号TF065.14 CaZr0,是Ca0-ZrO2体系中CaO含量最高 一系列CaO-B,O,化合物.具体反应式如下： 且最稳定的一种化合物，它不仅具有很好的抗 CaZr0+2B,03(1)=Zr0(s)+Ca0·2B,0,①)(2) 水化性能，也具有很高的熔点，已在防A1,O0,堵 △G8=-70300+0.91T(J/mol) 塞的浸入式水口中得到应用.CaZrO,材料本身 CaZr0+Ca0·2B,0,()=Zr0,(s+2(Ca0-B,0)I) 的强度比较低，抗热震性比较差：ZrB,具有良好 (3) 的耐钢液侵蚀性、抗热震性和抗氧化性.将 △G8=-1700-43.17T(J/mol) CaZrO,与ZrB,进行复合，利用优势互补，可望 CaZr0,+Ca0.B,03(1)=Zr0(s+2Ca0·B,0,0)(4) 制备1种具备优良综合性能的耐火材料.然而 △G8=6600-26.24T(J/mol) CaZO,和ZrB,的化学性质截然不同，因而气氛 CaZr0+2Ca0·B,0,()=Zr0,(s+3Ca0·B,0,(s)(5) 对材料烧结的影响尤为重要， △G8=-130900+75.81T(J/mol) CaZrO,+2CaO.B2O,(1)=ZrO2(s)+3CaO.B2O,(1)(6) 1 CaZrO-ZrB,复合材料烧结工艺 △G%=17600-8.46T(J/mol) 热力学分析 不同温度下，各反应式的△G值见表1. 表1不同温度()下的反应式(2)~(6)△G值J/mol 1.1氧化气氛下体系热力学分析 在氧化性气氛下，材料中的ZrB,与气氛中 △G1400℃1500℃1600℃1700℃1800℃ △G品-68777-68687-68596-68505-68414 的O2发生反应： △G8, -73923-78240-82557-86874-91191 ZrB2(s)+5/20(g)=Zr0s)+B2O,(1)） () △G品 -37300-39924-42548-45172-47796 △G=-1992800+370.34T(J/mol), △G% -4070 1 △Gu=△G8+RTn- △G8% 26001754908.4262.42 严 从表1来看，温度在1500℃以上，B0,与 由于空气中的P,=0.21×1.013×10Pa,则 CaZrO,反应的最终热力学稳定产物是2Ca0, △Ga=-1992800+402.78T(J/mol). BO和ZO2.由此可以得出结论，材料不宜在氧 令△G=0,得T=4948K.当t≤2000℃时， 化气氛下烧结. △G,《0,即在通常烧结温度范围内反应极易进 1.2还原气氛下体系热力学分析 行.新生成的BO活性很大，极易与材料中的 造成体系还原气氛的方法有多种，这里讨 CaZrO,反应.B,O将从CaZrO,中夺取CaO,生成 论其中的2种：一是采用细碳粉保护，造成C0 1999-03-23收稿陈德平男，31岁，助理研究员 还原气氛；二是采用N+H,保护，造成H还原气 *国家“九五”重点攻关项目(N0.96-522-01-20)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 气氛对 复合材料烧结的影响 陈德平 ” 赵海雷 ” 钟香崇 ” 王 俭 ， 北京科技大学资源工程学院 ， 北京 北京科技大学材料科学与工程学院 摘 要 氧化物与非氧化物 的烧结 ， 合适气 氛 的选择特别重 要 与 是化学性质截 然不同的 种化合物 ， 经过热力学 分析 ， 在所考虑 的各种气氛 中 ， 这 种化合物 高温 时只 有在 气保护的中性气氛 中才能稳 定存在 实验 也证 实 了热 力学分析 的可靠性 关键词 错酸钙 硼 化错 烧结气氛 分类号 一 ， 是 一 体系 中 含量最 高 且最稳定的一种化合物 〔，，， 它不仅具有很好 的抗 水化性能 ， 也具有很高的熔 点 ， 已在 防 。 堵 塞的浸入式水口 中得到应用 ， 材料本身 的强度比较低 ， 抗热震性 比较差 具有 良好 的耐钢液侵蚀性 、 抗热震性和 抗氧化性 〔， ， ， 将 与 进行复合 ， 利用优势互 补 ， 可 望 制备 种具备优 良综合性能的耐火材料 然而 心 和 的化学性质截然 不 同 ， 因而 气氛 对材料烧结的影响尤为重要 一 复合材料烧结工艺 热力学分析 氟化气氛下体系热力学分析 在氧化性气氛下 ， 材料 中的 与气 氛 中 的 发生反应 △哪 一 ， △ ‘ 、一△疏 、 二 妥上。匕、 、 严 产 由于 空气中的 、 ， 则 △ 一 ， 令△ ， 得 当 ‘ 时 ， △ 《 ， 即在通 常烧结温度范 围 内反应 极 易进 行 新 生成 的 。 活性很 大 ， 极 易与材料 中的 。 反应 。 将从 。 中夺取 ， 生 成 一 一 收稿 陈德平 男 ， 岁 ， 助 理研究员 国家 “ 九五 ” 重 点攻关项 目 一 一 一 一 系列 一 化合 物 具 体 反应式 如下 。 · △哪 一 · · △啡 “ 一 一 · · △哪 一 · · △ 昆 一 · · △咪 二 一 不 同温度 下 ， 各 反 应 式 的△少值见表 表 不 同温 度 下 的反应 式 一 △俨值 △ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ △哪 一 一 一 一 一 △哪 一 一 一 一 一 △ 鼠 一 一 一 一 一 △佛 一 一 一 一 一 △咪 〕 一 从表 来看 ， 温度在 ℃ 以上 ， 。 与 反 应 的 最 终热 力 学 稳 定产物 是 · ， 和 由此可 以得 出结论 ， 材料不 宜 在氧 化气氛 下 烧 结 还原气氛下体系热力学分析 造成体系 还 原 气 氛 的方法有 多种 ， 这 里 讨 论 其 中的 种 一 是 采用细 碳粉保护 ， 造成 还原气氛 二 是采用 从十 保护 ， 造成 凡 还 原气 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．06．009