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作者：马晨红;李勇;罗华明;职佳爽;高原;高长贺;
单位：北京科技大学材料科学与工程学院;北京金隅集团股份有限公司;
摘要：基于高温下金属Al、Si对氧分压敏感特性,将Al–Si–Al_2O_3复合材料在1550℃氮气气氛下保温3 h烧成,制备了“多型体硅铝氧氮(21R-SiAlON)致密层AlN–SiC固溶体增强刚玉多孔结构层”梯度功能材料。结合反应热力学计算,研究了其合成机理。结果表明:试样表面的氧分压较高,金属铝、硅的“活性氧化–间接氮化”为主导反应机制。表面层金属铝、硅优先发生活性氧化反应,生成Al_2O、SiO等气态亚氧化物,使氧分压降低。高温低氧分压氮气气氛下,体系中金属铝、硅和活性氧化铝微粉进一步与氮气发生反应,生成21R-SiAlON。在浓度梯度作用下,Al_2O、SiO气相扩散至试样外层氮化沉积,促进了片状21R-SiAlON的交错生长发育,形成致密功能层(气孔率<4%);随着外层铝、硅的活性氧化对O_2的逐层消耗,试样内部的氧分压降至极低值,金属铝、硅的“直接氮化/碳化”反应机制成为主导。试样内部的铝、硅直接与氮气和酚醛树脂残碳反应,原位生成粒状AlN–SiC固溶体增强相,形成高强度多孔结构(气孔率约为15%),缓解温度梯度导致的应力集中。
关键词：功能梯度耐火材料;铝–硅–刚玉复合材料;硅铝氧氮致密层;反应机理
基金资助：国家自然科学基金(52402019)
