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1、功能陶瓷材料耐高温材料摘要在高温作业以及特殊功能材料中，耐高温陶瓷材料起着非常重要的作用。本文通过查阅 相关文献，阐述了新型耐高温陶瓷材料复合化的研究现状，综述了各种复合耐高温陶瓷材料 的性质特点，预测了今后耐高温陶瓷材料的发展趋势。1 引言近年来，由于冶炼及其他热工设备对耐高温陶瓷材料制品提出的要求越来越高，航空航 天工业的飞速发展也刺激了耐高温陶瓷的发展，因此其质量不断提高，品种不断改善。现在 单一组分的耐高温陶瓷材料，如氧化铝、碳化硅和氮化硅等，已经无法满足高温操作的要求， 各类具有优越性能的新型复合耐高温陶瓷材料成为了人们关注的热点。2 新型复合耐高温陶瓷材料单一组分的耐高温陶瓷材料因
2、其成分的单一，在性质上存在着明显的不足，如刚玉材料， 烧结温度高，烧结体的热膨胀系数大，抗热震性差，碳化硅陶瓷材料的抗氧化性较差等。而 且耐高温陶瓷材料在使用中，加工困难，抗热震性差，不易进行粘结等缺点，也促使了耐高 温陶瓷材料复合化的发展。2.1优质耐高温陶瓷材料（Sialon）2.1.1Sialon 材料sialon 是 Si、Al、O、N 四种元素的合成词，作为一种陶瓷，它实际上是Si3N4中 Si 、N 原子被 Al 和 O 原子置换所形成的一大类固溶体的总称。sialon陶瓷的主要类别有p-sialon、a-sialon、O-sialon三种，尤以前两种最为常 见。Sialon其晶体
3、结构和Si3N4相似，但比Si3N4容易烧结Sialon分为a型、型、0型、 X型和AlN型。a -Sialon的特点是硬度高，耐磨性、抗氧化性和耐高温性好，缺点是强 度不及p -Sialon；而p -Sialon的抗热震性优于p -Si3N4,且与熔融金属的相容性好， 不易腐蚀；O-Sialon的抗氧化性是在各种Sialon材料中最佳的，但得到单相的O-Sialon非 常困难，不加烧结助剂很难制备致密的O-Sialon；对X-Sialon的报道较少，在弱氧化气氛 中X-Sialon是最稳定的，而在中性和弱还原气氛中不稳定，X-Sialon能降低制品的机械性 能，且能减少热膨胀系数和提高氧化性
4、。Sialon材料在常温和高温时强度高，化学稳定性 好，耐磨性和热稳定性良好，且密度较低，被广泛运用在石油、冶金等领域。2.1.2Sialon复合相材料因Sialon又可作为碳化硅、刚玉等耐高温材料的结合剂，所以在其基础上发展了Sialon 复合相耐高温材料。Sialon结合SiC材料常用于高炉中最易损毁的炉件部位，效果优于黏土 砖和高铝砖。Sialon结合刚玉耐高温材料改善了纯刚玉材料抗侵蚀性、耐氧化性和热稳定性 差的情况Sialon/Si3N4结合SiC和Sialon结合刚玉耐高温材料对提高高炉内衬材料的寿 命做出了贡献，但Sialon/Si3N4结合SiC耐高温材料的抗碱侵蚀能力差，而S
5、ialon结合刚玉 耐高温材料高温强度和抗热震性较差。使用其氮化烧结技术，能制备主晶相为S i C和刚玉，结合相为p -Sialon的p-Sialon-Al203-SiC系复相高级耐高温陶瓷材料。该种复合材料在高温下的抗折强度比室温 时高，该种材料具有比Sialon/Si3N4结合SiC材料更优异的抗熔碱侵蚀能力。刚玉相的增 加使得其抗熔碱侵蚀能力增强，抗高炉渣侵蚀能力略降。为了提咼Sialon耐咼温材料在咼温下的使用性质，其复合化发展必成为今后的趋势。各 种耐高温材料间的相互复合，弥补了各自性质上的不足，进一步满足高温作业。2.2耐咼温陶瓷涂层材料耐咼温陶瓷涂层材料种类繁多，最为常见的是金属
6、表面的耐咼温陶瓷涂层材料，无机非 金属表面的耐咼温陶瓷涂层材料和陶瓷塑料。金属材料因其优越的性质被广泛运用，但其耐 腐蚀、抗氧化和耐咼温等性质均不理想，因此必须对其进行涂层保护，而作为涂层使用的材 料首选化学稳定性好的耐咼温陶瓷材料。金属表面的耐咼温陶瓷涂层的研究，侧重点在对各种热工机械易损零部件寿命的延长上。采用粘结料与3r20 3制成料浆，在 FeCrAl合金表面喷涂后熔烧制备了耐高温抗氧化涂层。研究表明，Cr 20 3、粘结料和基体 之间在熔烧过程中发生了复杂的物理化学反应，形成了中间层，中间层的作用是提咼了样品 在咼温下的抗氧化作用。研究骨料为陶瓷颗粒，基料为磷酸二氢铝且添加多种无机填
7、料的金 属用耐咼温陶瓷涂料，能够合成酸度适中，附着性良好的无机基料，而骨料与基料的配比适 当时，涂层中骨料能够形成紧密堆积，使涂层结构致密，耐磨性较好。用流涂工艺在工业纯 钛上获得了含纳米镍微粒的咼温超细陶瓷涂层，发现通过增加纳米镍微粒，涂层在咼温时的 抗氧化性能得到改善，同时纳米镍微粒能提高其结合力和抗氧化性。将一定配比的0r03粉 与Al粉加入适量的A1203粉、NaF粉和结合剂混匀后，压入高炉风口的型腔内，在空气中燃 烧合成了风口的陶瓷涂层。该涂层耐高温、耐磨损、抗热风和炉渣侵蚀，还具有很好的保温 节能效果，最大的特点是工艺简单，方便施工。耐高温陶瓷涂层还用在无机非金属材料表面，为了提高
8、硅砖的抗热震性，开发了焦炉炭 化室硅砖表面陶瓷涂层，涂层与基体结合很好，对裂纹具有一定弥合作用。薛福连采用苯酚、 苯胺、甲醛和聚甲基硅酮混合粘结剂加上填料制备了既具有耐高温、耐腐蚀及高强度性能， 又具有良好可塑性和粘结性能，且有良好密着性的涂层材料，陶瓷塑料。耐高温陶瓷涂层材料具有特殊的物理化学性质，制备工艺简单，能够满足大多数高温工 作场合的使用需要，受到了科研工作者们的关注。但其涂层和基体的附着力较差等问题也在定程度上制约了其应用。2.3碳化物复合陶瓷耐高温材料SiC和TiC等碳化物是非常优越的陶瓷耐高温材料，由于其性能的优越性，常和其他陶 瓷耐高温材料复合，优化其他陶瓷耐高温材料的断裂韧
9、性、抗热震性和抗蠕变性等。 对Al203-TiC复合材料的研究发现，初始粉末粒度对其性能有较大的影响Al203-TiC复合 材料的抗弯强度和断裂韧性随着初始粉末粒度的减小而提高。在研究原位内生金属间化合物 增强铁基、镍铁基复合材料为粘结相的新型TiC基金属陶瓷的热腐蚀行为时发现，以 Ni-Fe-Cr-Si为粘结相的新型TiC基金属陶瓷的耐高温熔盐热腐蚀性能明显优于以N i -Fe-Mo为粘结相的TiC基金属陶瓷，且在850C熔盐介质中，表面形成致密氧化物膜，是这 类新型的金属陶瓷具有良好的耐高温熔盐热腐蚀性能。通过真空烧结TiC陶瓷骨架，金属Cu 熔体真空无压自浸渗，制备出了TiC/Cu金属陶
10、瓷复合材料,TiC-40Cu的抗烧蚀性能与W-7Cu 的烧蚀性能相近，但密度却远小于W/Cu材料。冀小强等采用Zr/Nb耐高温复合中间层，通过 真空压力扩散焊连接SiC陶瓷和Ni基高温合金，制备了抗弯强度达到了SiC母材强度的52% 的连接件。3 结语石油、化工、冶金、航空和航天等工业的飞速发展对耐高温材料的性质提出了更高的要 求，而传统的具有耐高温材料，耐高温陶瓷由于其抗热震性较差、断裂韧性较低等问题已经 无法满足高温作业的需要，因此发展新型的耐高温材料成为了必然。近年来，材料工作者们 发现复合材料能够很好地融合多种材料的优点，而开发出了多种复合相的耐高温陶瓷材料， 如，Sialon类复合耐高温陶瓷材料、TiC/Cu复合材料和陶瓷塑料材料等。在今后的耐高温 陶瓷材料中，各种材料复合传统的耐高温陶瓷材料还会是长期的主角。参考文献1 贾颖莲，胡宝兴，杨继隆等基于SolidWorks的零件系列化设计J.机床与液压.2005.8:2002012 何世松，贾颖莲.基于Pro/E的零件系列化设计的研究J. 中国科技信息.2007.1:76773 韩泽光.圆柱形螺旋扭转弹簧的可靠性优化设计J. 机械研究与应用.2000.13(4):25264 纪莲清.Pro/ENGINEER下冲压模具标准件参数化驱动的实现J. 煤矿机械.2006.4:621624
