三元碳化物文献综述41940.pdf

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1、第一章 文献综述 引言 三元碳化物（Al-Si-C）陶瓷因为具有较低的密度 cm3)、较高的熔点(2700)及良好的高温抗氧化性而受到人们的关注13。张少伟等4人将 Al4SiC4粉末作为抗潮解和高温抗氧化添加剂添加到 Al2O3-C 和 MgO-C 砖中，同未加耐火添加剂的耐火砖相比，添加Al4SiC4粉末的耐火材料不仅提高了该材料的起始氧化温度，而且在相同氧化温度、相同氧化时间上材料的单位面积的质量损失率也明显减少。Inoue5-6等人对块 Al4SiC4 陶瓷的抗氧化性进行研究发现，Al4SiC4陶瓷具有优异的高温抗氧化性能，这种优越的性能源于高温氧化时试样表面生成 Al2O3和莫来石保

2、护膜。然而由于制作上的困难，一直以来关于 Al4SiC4合成的报道非常有限。查相关文献,我们得知 Al4O4C 在一定的条件下可以转化Al4SiC4。如此一来，便可以大大的降低 Al4SiC4的合成成本与难度。因此为了弄清楚 AlSiC 合成反应的机理，我们进行了碳氧化铝对碳热合成碳硅化铝过程的影响的研究。Al4O4C 材料简介 在 AlOC 系统中，铝氧碳(Al4O4C)直到 1890仍稳定存在，有望成为具有耐蚀性和抗热冲击性好的新型结构陶瓷材料和耐火材料用原料。晶体结构测定结果表明，Al4O4C属于斜方晶系，理论密度为 cm3。据文献报道，A14O4C 有好的抗水化性，与 CO 反应生成A

3、12O3和 C(Pco=。因此，Al4O4C 有可能是一种比金属 A1 更好的含碳耐火材料用添加剂。Al4O4C 的形成机制 在氧化铝和碳的反应过程中，Al4O4C 的形成过程与挥发过程同时进行7。这就使得Al4O4C 的形成有两个不同的机制；也就是，“挥发-凝固”机制与直接的固-固相反应机制。Cox 和 Pidgeon8最先提出了固-固相得反应机制，他们不承认后一个机制。他们认为，与他们热分析所得到的压力数据相比，后一种机制所得出的压力数据太低了。然而，最近 Klugetal9研究表明，大部分的转化都是因为当温度超过 1770K 时，“挥发-凝固”成为了主要的形成机制，然而在 1770K 以

4、下，少量溶解在固体中的物质控制了反应的进程。在第一部分，我们也说过 Al4O4C 通常可以从蒸汽中形成。目前的结果证实，真空下，温度高于 1800K 时，Al-O-C 系统确实形成了。同时也应该注意下面几点。（1）虽然 Al4O4C 的蒸发温度比氧化铝、碳混合物的蒸发温度要低，但是出现了一些重复温度的区域，在特定气氛中,而不是真空，当温度高于 1800K 时，通过氧化铝和碳发生反应，Al4O4C 可以从生成的气体中形成。（2）在氮气气氛中，经过直接的固-固反应可以生成 Al2OC 相。如果我们假设 Al2OC 是在蒸汽中形成的，那么我们将无法合理的解释少量的氮气会阻止挥发过程。按照第一部分 A

5、l2OC 的形成机制，同时减少的原因仍然不知道，尽管现有的结果表明莫来石、碳混合物的挥发过程和氧化铝、硅、碳混合物的挥发过程有一些不同。Al4O4C 的合成、特性及应用 Foster10于 1956 年首先测定 Al4O4C 的 X 射线衍射数据，Cox11和 Liddell12分别于1963 年和 1996 年进行了更准确的测定。现在常用的是 Liddell 的测定结果。伴随着 Al-O-C 系统新物质的发现和进一步研究13-26，Al2O3-Al4C3相图也逐渐完善。图27示出了 Al2O3-Al4C3相图的完善过程。其中(a)是 Foster 等10于 1956 年报道的；(b)是南 M

6、otzfeldt28于 1962 年报道的；(c)和(d)是 Larrere 等29于 1984 年报道的(c)是快速冷却的亚稳相图，(d)是稳定相图。)。现在常用的 Al2O3-Al4C3相图即是 Larrere 等测定的(图(c)(d)。（a）（b）（c）（d）图 Al2O3-Si4C3相图的变迁27 Fig.Development of phase relations diagram of Al2O3-Si4C3 system 张少伟和山口明良研究30了 Al2O3、Al 和石墨的混合粉末在氢气中加热时的相变化。Al2O3:Al:C 为 4:4:3(摩尔比)的混合粉末在 l00MPa 成

7、型成 202020mm 的成型体，放在刚玉坩埚中，在电炉中通氢气加热。在 700、900、1100、1200、1300、1400、1500、1600和 1700各保温 3 小时及在 1700保温 3 小时、小时和 6 小时加热后，生成物的相变化示于图。900发现有 Al4C3生成，1300时生成量最多，之后随加热温度升高生成量逐渐减少，17006h 时消失。1300发现有 A14O4C 生成，随加热温度升高生成量快速增加，17006h 时生成物以 A14O4C 为主，有少量 Al2O3和 Al2OC 存在。其反应机理为金属 Al 和石墨反应生成 Al4C3，之后 Al4C3和 Al2O3反应生

8、成 Al4O4C 和 Al2OC。图 Al2O3、Al 和 C 的混合粉末加热的相变化30 Fig.Phase change of mixture of Al2O3、Al and C after heated 将 1700保温 6 小时加热后的试样粉碎至约 10m，重新成型成 202020mm 的成型体，再次在 1700保温 6 小时加热，烧后试样的 X 衍射图谱见图。将在 1700保温 6 小时加热两次后的试样粉碎至约 100m，用来测定合成的 Al4O4C 和 Al4C3在 50及湿度 90%的水化箱中进行水化试验后，试样的质量变化、Al4C-Al4O4C 的抗水化性以及与CO 的反应。图

9、 加热两次后试样的 X 衍射图谱30 XRD pattern of the sample heated two times 图示出了 Al4C3的质量增加很快，在 100 小时后质量增加了%。Al4O4C 质量增加非常小。图 Al4O4C 和 Al4C3水化实验后的质量变化30 Mass change of Al4O4C and Al4C3 after hydrantion test Al4SiC4材料简介 三元碳化物碳硅化铝是一种新型共价键的化合物，可认为是碳化铝和碳化硅的固溶体。Al-Si-C 系统包括很多种化合物，有 Al4SiC4、Al4Si2C5、Al4Si4C7、Al4Si3C6和

10、 Al8SiC7,其中 Al4SiC4被视为一种最有用的高温结陶瓷31。对 Al4SiC4热力学数据和普遍的研究说明了这一点。在高温下，碳硅化铝材料和氧气、CO、CO2和氧化物中O等发生氧化反应时，由于先生成 SiC 和 Al2O3，然后 SiC进一步氧化生成SiO2；Al2O3和 SiO2逐步反应，在材料表面生成玻璃相、莫来石和刚玉保护层，同时反应的体积膨胀效应将堵塞部分气孔，其抗氧化性能明显优于碳材料和 AlON、MgAlON 等非氧化物材料32。也就是说，Al4SiC4在空气中的氧化行为指示出了在它表面上的莫来石和刚玉结构给予了它的优良的抗氧化性能。然而，在那些报告中Al4SiC4在都是

11、由Al+Si+C，Al 的碳化物+Si 的碳化物和 Al+Si 的碳化物+C的混合物合成的，因此从矿产中合成Al4SiC4给工业的可用性带来有利条件。图为 Al-Si-C系统在高温时的相图33，高温下碳硅化铝材料与熔融玻璃、炉渣及金属的润湿性能差，具有很好的抗侵蚀和抗冲刷性能；碳硅化铝的化学稳定性好，在钢铁冶金过程中不会分解出碳，从而避免了含碳耐火材料污染钢水的现象发生；同时碳硅化铝的耐冲刷性能使其不易在钢铁产品中产生夹杂，因而碳硅化铝有可能替代含碳耐火材料成为新型耐火材料32。图 Al-Si-C 三元系统在 2000的等温截面33 Isothermal section of the Al-S

12、i-C system at 2000 Al4SiC4具有高熔点、高强度、高化学稳定性、低密度、低热膨胀系数以及非常优异的抗氧化和抗水化性能，使得其成为一种待开发的、很有前途的高温结构材料和高性能耐火材料 Al4SiC4材料的研究现状 1961 年 Barczak 首先报道了 Al4SiC4的存在，并称 Al4SiC4有两相：-Al4SiC4和-Al4SiC4，但在随后 Schneider提出了一个新的-Al4SiC4的晶胞尺寸，证明了-Al4SiC4实际上是-Al2OC、-Al2OC和SiC的混合物34。Al4SiC4的熔点为大约 2037，晶体密度为cm335，具有六方晶格，空间点阵为 P6

13、3mc，颗粒形貌为针状或碟状。通过粉末 X 衍射发现，-Al4SiC4的晶体结构可认为由于 SiC 层取代了 Al5C3N 中的 AlN 所致31。由于目前 Al4SiC4的价格非常高，日本和英国的耐火材料工作者现在仅仅利用 Al4SiC4优异的抗氧化性能，在含碳耐火材料体系中作为碳的抗氧化剂使用，取得较好的使用效果36。由于条件的限制，我国对它的研究比较少。Al4SiC4材料的合成、特性及应用 Al4SiC4材料的合成 至今为止，Al4SiC4在国内外有两种相应的制备方法：一种是固-固合成，另一种是固-液合成37。固-固合成，具体方法有热压烧结法、脉冲电流法、固相反应烧结法等；固-液合成，主

14、要包括电弧焊法、渗透法等等。下面将每种方法进行简单的介绍。固-固反应合成 固-固合成的反应物全是固相，是通过固相扩散实现的，制备方法主要有以下几种。（1）热压烧结法（Hot-pressing Sintering）温广武等人38采用金属铝粉、天然石墨和聚碳化硅烷（PCS）为原料，事先制备成555mm3的试样，在 Ar 气氛下利用聚碳化硅烷分解生成的具有极高活性的SiC 和 Al、C 通过热压烧结方式进行反应，生成Al4SiC4：gasesSiCPCS 4434SiCAlCSiCAl 在反应过程中由于 Al 表面被混入 PCS 中的氧杂质所氧化，生成了少量Al2O3，从而发生了：)g()s(44)

15、s()s(32CO2COAlC3OAl2 )()(44)()()(4446gssssCOSiCAlCSiCCOAl 最终生成的 Al4SiC4具有优异的机械性能和抗氧化性能。（2）脉冲电流烧结法（PECS）脉冲电流烧结技术是近十年发展起来的一种新型的快速烧结技术。该方法主要是利用脉冲电流产生的等离子体来加热粉体，其显著特征是以模具和冲头作为发热体。它包括等离子活化烧结（Plasmaactivatedsintering,PAS）系统和放电等离子烧结（Spark plasma sintering,SPS）系统。Koji Inoue 等人39以 Al 粉（纯度，平均粒径 10m）、Si 粉（纯度 9

16、8，平均粒径 m）和 C 粉（纯度，平均粒径 m）为原料，按摩尔比 Al/Si/C=4/1/4 混合，放入脉冲电流炉中，在真空下施加 100MPa 的压力，然后在上下冲头之间通以脉冲直流电流，升温至 1700，经过 30min 快速烧成，制备出 Al4SiC4的致密体。（3）固相反应烧结法（SSR）固相反应可分为四个阶段：扩散、反应、成核和生长，即在整个反应热力学可行的条件下，参与固相反应的反应物分子必须首先可以长距离移动，使两个反应物分子充分接触而发生化学反应，生成产物分子。当产物分子积累到一定程度，而出现产物的晶核，随着晶核的生长，达到一定的大小后便有产物的独立相生成。等人40按化学计量比

17、 Al/Si/C=4/1/4 混合 Al 粉（纯度%）、Si 粉（纯度%）和 C（活性炭），再加入 n-己烷，用锆质研钵和杵研磨，混合均匀后，在 Ar 气氛保护下加热到1600保温 10h，最终制得 Al4SiC4粉末。反应方程式为：)(44)()()(44ssslSiCAlCSiAl 该方法的优点是：无需加溶剂、高产率、工艺过程简单。缺点是：高纯原料、高温煅烧、制备的 Al4SiC4颗粒比较大。2002 年，Osamu Yamamoto32用 Al 粉（纯度：，颗粒尺寸：m），Si 粉（纯度：，颗粒尺寸：m）和碳黑（纯度：，颗粒尺寸：1m）为原料，按摩尔比 Al/Si/C=4/1/4混合，并

18、按照 TEA/Al 摩尔比等于 3，添加三乙醇胺（TEA：N(CH2CH2OH)3，纯度：98）经过球磨和压制成型，在氩气中从 600加热到 1200，Al4SiC4的产量随温度的升高而增加，并在 1200得到单相的 Al4SiC4。此方法不仅大大降低了 Al4SiC4的合成温度，而且可以用来制备单相的 Al4SiC4。邓承继等人41采用粒度 14m 的磨料级碳化硅，10m的工业级金属铝粉和粒度 5m 的工业级炭黑粉，按 SiC:Al:C 质量比为 22:59:19 准确称量。在球磨机中采用酒精湿磨，共磨 12h，自然干燥。以 200MPa 的压力压制成20mm10mm的试样，然后按5min-

19、1的升温速度,在刚玉质管式炉内,在氩气保护下,进行 1650，2h 的热处理制得了单相的 Al4SiC4。反应方程式为：()()()44()43lsssAlSiCCAl SiC 此法合成的 Al4SiC4材料颗粒分布均匀，合成材料的尺寸可在几百纳米到几微米之间。图 SiC 和 Al4C3二元相图11 Phase diagram of the pseudobinary Al4C3-SiCsystem 固-液反应合成 固-液反应的反应物存在固液两相，主要有以下几种方法。（1）电弧焊法（Arc welding）等人42在用 SiC 晶须增强 Al-Cu-Mg（2009）合金时，利用电弧焊产生的高能在

20、增强相 和 基 质 的 接 触 面 上 制 得 了 针 状 的Al4SiC4。其 反 应 方 程 式 为 )()(44)()(344ssslSiSiCAlSiCAl （）（2）激光熔蚀法（Laser Fusion）在用激光制备 Al/SiC 复合材料时43，Al 与 SiC 在激光的高能作用下熔化并发生如下反应：)()(34)()(334ssslSiCAlSiCAl （）)()(44)()(344ssslSiSiCAlSiCAl （）根据前面的 Al4C3-SiC 二元相图可知，Al4C3主要由 6671347温度范围内的液相凝固析出，而 Al4SiC4则是在 1347或更高的温度下凝固析出。

21、（3）渗透法 该方法的主要化学反应式为：)(44)()()(44ssslSiCAlCSiAl （）XiaofengYang等人44将 Al-Si 合金溶液加热到 1200，然后浸入 Si-C 预制件，再迅速加热到 15001600，并进行十分钟渗透，就可得到 5mm 厚的 Al4SiC4，但含有少量的 Al、-SiC 及 SiC 相。为避免 Al4SiC4被分解，必须增加预制件中 C 的含量。这种方法的合成过程分为 3 个阶段：第一个阶段，Al-Si 合金溶液进入预制件中使之松散，此阶段为反应的控制环节。第二个阶段，Si+C 发生反应，在表面生成 SiC，导致溶液中 Si 浓度下降。然后 C+

22、Al+Si 发生反应生成 Al4SiC4。Al4SiC4晶粒逐渐长大，与SiC 共存。第三个阶段，核区发生反应：)()()()(44443slssSiCAlSiSiCAl （）图是文献中制备出的Al4SiC4的图片45-48，以作参考。图 文献中制备 Al4SiC4 显微图片45-48 SEM morphologies of Al4SiC4 in some literatures Al4SiC4的性能 氮化性能 AlN-SiC 复合材料非常有希望应用于电子和高温陶瓷领域，这是因为 AlN 有着高的热导和电阻，SiC 有着非常优异的抗氧化、抗侵蚀和抗蠕变性能。AlN-SiC 陶瓷有着非常强的共价

23、键，可以在很宽的化学组成范围内形成固溶体，这在非氧化物陶瓷中是很少的。由于限制了晶粒的过渡生长，均质固溶体的形成有利于增强材料的机械性能。例如，当 SiC 含量分别为 65Wt、75Wt和 90Wt时，均匀固溶体的形成可分别使陶瓷的弯曲强度和断裂刚度增大至 1GPa 和m5MPam，而不均匀固溶体的形成则表现出较低的机械强度。AlN-SiC 陶瓷一般用机械混合的粉末进行制备。尽管这种混合技术简单且粉末成分容易控制，但由于“完全”混合的困难性，所合成陶瓷的化学成分往往出现局部不均匀性。日本的等49人利用 Al4SiC4氮化法，可以制备在纳米水平上均匀分布的且（或）固溶形成的纳米 AlN-SiC

24、复合粉，制备过程如下：第一步：首先用 Al(CH3)3在 Ar 气中于 1100下煅烧，制成高纯 Al4C3粉，用 SiH(C2H5)3在 Ar 气中于 1050下煅烧，制成高纯 SiC 粉。然后将 Al4C3和 SiC 的混合粉在 150MPa的压力下制成 5mm3mm 的试样，再将其置于 BN 质坩埚中，放入电炉中于 1300-1500煅烧（在空气中，升温速率为：室温1050，30min-1，1050以上，10min-1），煅烧后的试样用 ZrO2质钵和杵研细，最终获得比表面积为g-1的 Al4SiC4粉末；第二步：将制得的 Al4SiC4粉在 13001500下保温 3h 进行氮化后，再

25、于空气中进行 650保温 8h 的热处理以除去残 C,即可获得 AlN-SiC 复合粉。氮化过程发生的反应为：)()()()(2)(44342sssgsCSiCAlNNSiCAl XRD 分析表明，氮化后的试样中形成了两种固溶体，即以六方 AlN 为主（SiC 少量）的固溶体和以六方 SiC 为主（AlN 少量）的固溶体，而且均匀固溶体的生成量随氮化温度的升高而增加（在 14001500范围内）。1500保温 3h 氮化条件下制得的 AlN-SiC复合粉，比表面积为g-1，而其原始颗粒的尺寸估计为 100nm 左右。这种技术能获得纳米级均匀混合的以六方 AlN 为主（SiC 少量）的固溶体和以

26、六方 SiC 为主（AlN 少量）的固溶体，非常适于制备纳米复合粉。抗氧化性能 对于高温非氧化物和碳复合材料的应用来说，一项最重要的性能就是材料的抗氧化性。张少伟50取大约左右的 Al4SiC4粉末放入一个铂坩锅中，在空气中以 10/min 的速率升温，记录其增重并计算其氧化率。Al4SiC4在空气中的氧化过程分为三个阶段，每个阶段都有其自身特点。在氧化的早期阶段，由于没有保护层存在于 Al4SiC4颗粒的表面，扩散到 Al4SiC4颗粒表面的氧迅速和 Al4SiC4发生反应：)(2)()(32)(2)(44326gssgsCOSiCOAlOSiCAl （）)(2)(2)(2)(2gsgsCO

27、SiOOSiC （）随着温度的升高，氧化比率迅速增加。随着以上两个反应的进行，Al2O3和 SiO2的含量增加，在 Al4SiC4颗粒的表面逐渐形成由 Al2O3和 SiO2构成的保护层。当温度升至1100，这层保护层就能完全覆盖Al4SiC4颗粒的表面。在这种条件下，氧扩散通过保护层和 Al4SiC4反应，因此氧化比率随温度升高增量减缓。当温度在 1200以上，存在于保护层中的 Al2O3和 SiO2相互之间发生反应，生成莫来石，反应如下：)(1326)(2)(3223sssOSiAlSiOOAl （）温广武48同样在Al4SiC4抗氧化性方面做了一些工作。他用高温炉在1000-1600范围

28、处理10-20h，对Al4SiC4进行恒温抗氧化测试。作为对比，他选择一种优良的高温抗氧化三元碳化物Ti3SiC2陶瓷作为比较样，Ti3SiC2陶瓷在1300和1400高温氧化20h后的质量增加率分别为27和47左右。实验表明：与Ti3SiC2陶瓷相比，Al4SiC4陶瓷显示了更为优异的高温抗氧化性能。图是Al4SiC4陶瓷的氧化动力学曲线。Al4SiC4陶瓷在12001600的氧化温度范围内的氧化动力学方程符合抛物线规律。当在12001500氧化20h时，试样的重量变化少于10-2kg/m2。甚至在氧化温度高达1600时，氧化10h后试样重量变化也只有10-2kg/m2，这就表明 Al4Si

29、C4有着非常优异的抗氧化性能。通过XRD和SEM分析被氧化表面的物相组成和表面形貌，得出如下结论：（1）对于在1200和1400氧化20h的试样，其氧化层是由Al4SiC4、Al2O3和铝硅酸盐玻璃构成，其厚度非常薄；（2）当试样在1500被氧化时，在氧化表面只有Al2O3和铝硅酸盐玻璃存在；（3）对于在1600氧化的试样，除了Al2O3和铝硅酸盐玻璃相，还生成了一种新相莫来石，如图所示。图显示了Al4SiC4陶瓷在1600氧化10h典型的截面形貌，清晰的分为三层：靠近底层的反应层有大量的小尺寸气孔；中间层有少量大尺寸气孔；最外面一层有相当高的相对密度。05101520024681012141

30、610-2 kg/m-3Time/h1200140015001600 图 Al4SiC4陶瓷的质量变化与氧化时间的关系11 Relation between weight change of Al4SiC4 ceramics and oxidation time 图 典型的 Al4SiC4陶瓷氧化表面及横截面形貌11 Typical surface and cross-sectional observations of the oxidized samples at 1600 for 10 h:(a)the oxide surface,and(b)the cross-sectional sca

31、le.抗水化性能 Al4C3容易水化，发生如下反应：43234CH3)OH(Al4OH12CAl （）OHOAlOHAl23233)(2 （）这些反应将造成耐火材料疏松、鼓胀、开裂和粉化。Al4SiC4的抗水化性能比 Al4C3要优异的多。将试样放置在温度 40，湿度 90的潮湿的箱中 250h，Al4SiC4没有明显的的水化，而 Al4C3在同样条件下放置 50h，水化比率已达 90，放置 100h，Al4C3基本完全水化，如图50所示。050100150200250020406080100Al4SiC4Al4C3 Hydration ratio/%Hydration time/h 图 Al

32、4SiC4和 Al4C3在温度为 40和湿度为 90时的水化率50 Hydration ratio of Al4SiC4 and Al4C3 under the condition of temperature=40and humidity=90 Al4SiC4的应用 Al4SiC4涂层 Yajnamoto51等将 Al、Si、C、N(CH2CH2OH)。在酒精中混合，涂在易氧化的碳材料表面上，在高纯 Ar 中于 12003h 加热，在碳材料表面上就形成了完全的 A14SiC4。涂层，厚度约 l00m，涂层没有发现裂缝。对含 A14SiC4涂层的碳材料在空气中于6001400加热，显示了良好的

33、抗氧化性。Al4SiC4烧结体 Innue52-53等将 Al4SiC4和 SiC 的混合粉末，成型后，通电加压烧结，得到 Al4SiC4-SiC烧结体。实验表明，随着烧结体中 Al4SiC4含量的增加，烧结体的电阻率增大;对同一个烧结体，在高温下比在低温下有更小的电阻率(1001000)。随着烧结体中 Al4SiC4含量的增加，烧结体的热传导率减小。烧结体在空气中加热时，初期质量增加，到一定程度之后，质量不再增加，氧化被抑制。纯粹的 Al4SiC4烧结体对表面的氧化抑制效果劣于 Al4SiC4-SiC 烧结体。含碳耐火材料的自修复 金属 Al 粉被广泛地用于 MgO-C 耐火材料，对改进耐火

34、材料有重要作用，但却有缺陷。其中一个缺陷是易在耐火材料内部产生气孔。在加热期间，Al 颗粒和碳反应，在耐火材料表面生成 Al4C3，然后 Al 从颗粒向外蒸发形成气孔，形成地气孔加速了耐火材料的损蚀。另一缺陷是形成的 Al4C3极易水化，因此，当炉子再加热后冷却到室温时，再加热期间由于水化物的分解，包括 Al4C3在内的耐火材料可能破裂。而 Al4O4C、Al2OC、Al4SiC4和 Al8B4C7却能改善 Al 的缺陷，有效地使耐火材料得到自修复。54 将 Al4SiC4粉末加入到含碳耐火材料中，在高温下，Al4SiC4与 CO 气体反应形成 Al2O3和 SiC，而不是 Al4C3和 Si

35、O2。发生了如下反应：)()()(32)()(449264sssgsCSiCOAlCOSiCAl （）)()(2)()(32ssgsCSiOCOSiC （）其他的应用 由于铝基复合材料具有密度低、比强度比刚度高、抗腐蚀、耐磨性好、良好的疲劳强度和断裂韧性等许多优点，因此被广泛应用于汽车制造、航空航天、军工、电子光学器件以及体育用品等领域。但增强相和基质的相容性，即增强相和基质能否充分润湿，是一个显著的问题。在用 SiC 晶须增强 Al 基复合材料时，高温时容易生成 Al4C3和Al4SiC4，在润湿环境里 Al4SiC4比 Al4C3有更高的硬度、表现更优异，而且 Al4SiC4在热力学和化学

36、上都非常稳定，因而有希望作为铝基复合材料的增强相材料。由于AlN有着高的热导和电阻，SiC有着非常优异的抗氧化、抗侵蚀和抗蠕变性能，AlN-SiC复合材料非常有希望应用于电子和高温陶瓷领域。AlN-SiC陶瓷一般用机械混合的粉末进行制备。尽管这种混合技术简单且粉末成分容易控制，但由于“完全”混合的困难性，所合成陶瓷的化学成分往往出现局部不均匀性。日本的等人55将Al4SiC4氮化，制备出在纳米水平上均匀分布的且（或）固溶形成的纳米AlN-SiC复合粉。本课题研究目的和主要内容 综上所述，Al4SiC4具有高熔点、高强度、高化学稳定性、低密度、低热膨胀系数的特性以及优异的抗氧化能和抗水化性能，它

37、非常有潜力成为一种高性能耐火材料。Al4SiC4材料的制备方法大多是由元素单质或者单质反应中间产物（如SiC、Al4C3）进行制备，原料价格昂贵，限制了这种材料的工业研究及使用，若采用天然原料进行合成则可以有效地解决生产成本问题。目前Al4SiC4材料的应用主要是作为添加剂用于含碳材料的抗氧化以及含碳耐火材料的自修复，这些年受到了的越来越多的关注。本课题研究目的是通过使用天然原料降低合成Al4SiC4的成本，以便进一步实现工业化生产和应用。本论文研究碳氧化铝在以氧化物体系为原料的碳热还原合成碳硅化铝三元碳化物过程中的作用，分析碳氧化铝在合成反应中的作用机理。在不同温度下，采用不同的原料配比进行合成碳氧化铝和碳硅化铝的实验。利用XRD和SEM检测反应产物的物相和显微结构，分析影响其生成温度和合成率、晶粒大小和显微结构的因素。