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1、低温催化反应制备B -SiC结合SiC耐火材料及其高温性能研究B -SiC结合SiC耐火材料（自结合SiC耐火材料,下同）具有优异的机械性能, 热震稳定性及化学稳定性 , 被广泛应用于钢铁及有色冶炼行业的关键部位。但传 统的向结合 SiC 耐火材料存在着制温度高和难结合的问题。本文首先以膨胀石墨和Si粉为原料，以原位生成的Fe、Co及Ni过渡金属纳 米颗粒为催化剂,以lsobam-104为保护剂,采用低温催化反应的方法合成了 3C-SiC（Cubic-SiC,即B -SiC,下同）粉体，研究了反应温度、催化剂种类及加入量、 保护剂加入量和膨胀石墨墨/Si摩尔比等对合成3C-SiC粉体的影响，应
2、用第一性 原理计算探讨了催化剂催化膨胀石墨与Si反应合成3C-SiC的机理。接下来,又以膨胀石墨和正硅酸乙酯（TEOS）为原料,以Fe、Co及Ni的过渡金属硝酸盐为催 化剂前驱体,采用低温催化碳热还原反应工艺合成了3C-SiC粉体及3C-SiC/多层石墨烯复合粉体 , 研究了反应温度、催化剂种类及加入量和膨胀石墨 /SiO2 摩尔 比等对合成3C-SiC粉体的影响,对所合成粉体的水润湿性能进行了表征,并探索 了一步合成 3C-SiC/ 多层石墨烯复合粉体在结构陶瓷及 SiC 耐火材料中的应用。最后,采用原位低温催化反应制备了自结合 SiC耐火材料,研究了催化剂的 加入对其高温性能的影响。 得出
3、的主要结论如下 :（1） 以膨胀石墨和 Si 粉为原料, 加入1wt%的Fe或者3wt%的Co或Ni催化剂时,3C-SiC的完全反应温度可降低至 1573K并且可以在膨胀石墨上原位生成粒径在 20nm以下的纳米催化剂颗粒,而 相同条件下无催化剂的试样只生成了50wt%的3C-SiC。第一性原理的计算表明 , 过渡金属纳米颗粒与反应物之间强的相互作用削弱 了反应物中C-C键、Si-O键及C-O键自身的结合强度，从而促进了 3C-SiC的成 核和生长。 （2） 先以膨胀石墨为碳源 , 以过渡金属硝酸盐为催化剂前驱体 , 以 TEOS为 SiO2 前驱体制备了含催化剂前驱体和膨胀石墨的SiO2 干凝
4、胶 , 然后再经碳热还原催化反应一步合成了 3C-SiC 粉体及 3C-SiC/ 多层石墨烯复合粉体。Fe、Co和Ni催化剂的引入对膨胀石墨和 SiO2碳热还原反应合成3C-SiC粉 体均有明显的催化作用。加入0.5wt%的Fe或1wt%的Co（或Ni）为催化剂时，膨胀 石墨和SiO2完全反应生成3C-SiC的温度可以降低到1673K,而相同条件下无催 化剂的试样中仅生成了 9wt%勺3C-SiC。原料中膨胀石墨适当过量时 ,复合粉体中原位生成的多层石墨烯的厚度约为3.5nm;与石墨相比,其与水的润湿性有显著提高；加入催化剂时所制备3C-SiC/ 多层石墨烯复合陶瓷和3C-SiC/多层石墨烯结
5、合SiC耐火材料的性能优于无催化 剂加入的试样 , 且多层石墨烯未见团聚。 （3） 以 Si 粉、膨胀石墨和不同粒度的 SiC 颗粒为原料,过渡金属硝酸盐为催化剂前驱体,在Ar气氛下,经14731773K催化 反应后制备了自结合 SiC 耐火材料。催化剂的加入可使其完全反应温度降低至1573K,该温度比无催化剂时降低了约100K。以Fe为催化剂且结合相3C-SiC的原料（膨胀石墨与Si粉）加入量为 1 5wt%时,1573K/3h反应后所得试样的力学性能最优，是相同条件下无催化剂时 试样的 2 倍以上。以Ni和Co为催化剂时的结果与以Fe为催化剂时相似。加入催化剂时所 制备自结合SiC耐火材料的高温抗折强度和弹性模量是无催化剂时试样的2倍左右;氧化前期和氧化中期的氧化反应表观活化能是无催化剂时的1.5 倍左右;当热震温差为1075K时，加入催化剂时自结合SiC耐火材料的残余强度保持率是无 催化剂时试样的 2 倍以上。催化剂的加入在降低反应温度的同时也有利于 3C-SiC 晶须的生成。原位生成的3C-SiC晶须交叉分布,形成网络状结构,提高了自结合SiC耐火材料的性能。
