·314 北京科技大学学报 2001年第4期 1.40f 一实验点 1.35 1.30 91.25 1.20 1.15 0102030405060 t/min 图7分形维数随漫蚀时间的变化 Fig.7 Fractal dimension vs corrosion time 出：分形维数随侵蚀时间的变化规律与图2的 实验结果相一致.以上的分析表明：0'-Sialon/ BN复合材料在钢液中的侵蚀是保护性的.这是 因为，在侵蚀过程中，材料内部的少量玻璃相与 钢液中M元素反应生成低熔相，同时钢液中 的[O]也会与O'-Sialon.反应.但钢液对BN主晶 相的侵蚀作用很小，因此，BN相在侵蚀层内壁 聚集，逐渐形成越来越厚的扩散层，阻碍了钢液 图80'-Slon/ZrO:和ZrO:试样断面的SEM形貌，(a) 对材料的进一步侵蚀. Z1:(b)Z2 2.30'-Sialon/亿r02材料的抗保护渣侵蚀 Fig.8 Sectional SEM microstructure of O'-Silon/ZrO 图8和图9分别给出了0-Silon/Z02和 and ZrO,samples ZO,试样断面的SEM形貌.侵蚀后试样分为渣 层、过渡层、原样层.其中渣层又可分为两层，外 层有大量气泡，大约有200m;内层较外层致 密，200400m.中间的过渡层随Z0,含量的增 多厚度减少.Z02试样的渣层很薄，说明其抗保 护渣侵蚀性能很好.这是由于Z02在硅酸盐熔 体中的溶解度较低，随着ZO2的增加，抑制了 O-Sialon与C0,以及渣中其它组元的反应，从 而提高了O'-Sialon抗渣的侵蚀性.经能谱分析 图9侵蚀后ZO,试样断面的SEM形貌 可知，Ca在Z1试样中的侵蚀深度大于在Z4材 Fig.9 Sectional SEM microstructure of ZrO,sample after 料中的侵蚀深度.因CF2的熔点和粘度很低， erosion 所以Ca的渗透是以CaF2的形式进人试样内部. Si,N,O(s)+3CO(g)=2SiO,(s)+N:(g)+3C(s), 保护渣很难与ZO2反应生成低熔物，当O'-Sia- △G号=-868.06+0.52T(kJ/mol): lon与渣反应掉之后，剩余的ZrO2呈颗粒在过渡 Si.N,O(s)+3CO(g)=2SiO,(I)+N(g)+3C(s), 层中悬浮或富集，并有向内壁靠近的趋势.这一 △G=-859.03+0.51T(kJ/mol), 结果造成了过渡层的表观粘度提高，从而有效 SiNO(s)+CO(g)=2SiO(g)+Nx(g)+C(s), 地抑制了Ca在材料中的扩散. △G9=-466.02-0.41T(kJ/mol). 在侵蚀实验中，由于富碳层和固态保护渣 渣层中出现的大量气泡正是由于O'-Sialon 层的保护作用，空气中的O,在保护渣中的溶解 与C0反应产生较多气体造成的，同时，O'-Sialon 量是非常少的.保护渣中氧的另外一个来源可 的分解也造成了材料结构上的疏松.此外，从 能是金属钢液中的[O]扩散到以氧化铁的形式 Cao-SiO,-SiN4系相图可知，其低共熔温度低于 进入渣中.因此，渣中碳的氧化产物主要是C0. 1450℃，而保护渣中其余成分的共同作用必然 Co可以破坏O'-Sialon:表面已有的氧化物保护 会进一步降低低共熔温度.因此，含O'-Silon相 层，并且进一步与O'-Sialon发生反应. 多的材料在实验条件下受液相影响也会造成材