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;sintering0 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