要ります:SiO2結合SiCれんがを自作し、astm 863—2000を参照して、1000℃の水蒸気(水蒸気の通過率は32kg・m-3・h-1)の中で、それぞれ保温50、100、150、200、250、300hで酸化試験を行いました。試料の酸化後の質量変化率と体積変化率、酸化前後の顕気孔率と孔径分布を測定し、XRDとSEM分析を行いました。結果:1)自作SiO2はSiCれんがの体積密度、顕気孔率とSiC含有量と既存のSiC流し目に相当し、耐折強度と耐圧強度は明らかにSiC流し目よりも高いことがわかりました。2)酸化100h後に試験サンプルの表面にひび割れが現れ始めます;200h酸化すると割れが多くなり、広くなります。3)酸化時間が200hに延びるにつれて、試料の体積の変化率は次第に大きくなります;しかし、酸化250と300hは徐々に減少し、これは焼成収縮が酸化膨張を超えるためです。4)酸化時間が250hに延びて、試験サンプルの質量の変化率は次第に増大します;300hを酸化するとまた減少するため、酸化後にSiO2の一部がSiOガスに変換されて質量損失を引き起こす可能性があります。5)試料は、酸化時間の変化と逆の傾向の変化の気孔率です。6)酸化時間の延長に伴って、酸化後の試料中晶相SiO2増加します;晶相SiO2とSiCの熱膨張系数の不一致および晶相SiO2間の相転移により、SiC表面のSiO2酸化膜が破裂したり脱落したりすることがあります。SiO2結合SiC材料の対水蒸気酸化性を高める鍵は、SiO2をガラス相中により多く取り込むことです。
2 . 2体積変化率と質量変化率です
酸化後の試料の体積変化率と質量変化率を図2に示します。酸化時間が長くなるにつれて、試料の体積変化率と質量変化率が大きくなってから小さくなる傾向が見られます。値はそれぞれ200と250hであります。SiCとSiO2のモル質量はそれぞれ40.1と60.08グラム、モル体積はそれぞれ約12.45と27.31cm3です。そのため、1モルのSiCが酸化して1モルのSiO2になると、質量変化率が49.83%、体積変化率が119.36%となり、質量・体積ともに大きくなりました。200hを超えると体積が減少し始めます。おそらく酸化速度が小さくなり、試料焼結緻密化による体積収縮量がSiC酸化による体積膨張量より大きくなるためです。
2 . 3顕気孔率です
酸化後の試料の顕気孔率を図3に示します。酸化時間が長くなるにつれて、試料の顕気孔率は小さくなってから大きくなる傾向が見られ、小値は250hでした。気孔率が低下しているのは、SiCがSiO2に酸化することで体積が膨張し、試料の気孔を充填しているためです。
サンプルで起こりうる反応には[7-8]があります。
酸化の初期、反応(1)を主に、サンプルの品質が増加します;反応が進行するにつれて、試料の局所雰囲気中H2濃度が増加し、反応(2)が発生し、試料の質量増加率が低下し、気孔率が増加しました。
2 . 4開口分布です
酸化前と酸化300h後のサンプルの気孔孔径分布図は図4です。見ることができます:酸化前と後のテストサンプルの中で孔径<1000nmの孔の百分率はすべて約36%で、d50はすべて約2000nmです;300h後サンプルでは孔径<200nmの気孔が酸化前サンプルより多く,200~10000nmの気孔が酸化前サンプルより少なく,酸化後サンプルの気孔が小さくなっています。これはSiC酸化による体積膨張が試料の気孔を押しつぶし、充填しているためです。
化学分析によると、酸化前試料の化学組成(w)は、sicが83.4%、sioが215.3%です。300h酸化試料の化学組成(w)は、sicが78.61%、sioが217.60%となります。酸化後のSiCの減少とSiO2の増加は明確に対応しておらず、酸化後のSiO2の一部がSiO(g)に変化して失われることと関連があると考えられています。
2 . 6マイクロ構造です
酸化後の試料断面の微細構造の写真は図6を参照してください。見ることができます:酸化50h後の試料では、粒子と基質の緊密な結合、試料構造は基本的に完全であり、明らかな亀裂がありません。酸化200h後の試料では、粒子と基質の間に明らかな隙間があり、分離現象も現れました。酸化300h後の試料では、SiC粒子の表面が酸化膜で覆われ、酸化膜にヒビが入りました。晶相SiO2とSiCの熱膨張系数の不一致および晶相SiO2間の相転移により、SiC表面のSiO2酸化膜が破裂したり脱落したりすることがあります。SiO2結合SiC材料の対水蒸気酸化性を高める鍵は、SiO2をガラス相中により多く取り込むことです。
3 结论
(1)自作SiO2結合SiCれんがの体積密度、顕気孔率とSiC含有量は既存のSiC流し目に相当し、耐折強度と耐圧強度は明らかにSiC流し目よりも高いです。
(2)酸化100h後に試験サンプルの表面にひび割れができ始めます;200h酸化すると割れが多くなり、広くなります。
(3)酸化時間が200hに延びるにつれて、試料の体積増加率は次第に増加します;しかし、酸化250と300hは徐々に減少し、これは焼成収縮が酸化膨張を超えるためです。
(4)酸化時間が250hに延長するにつれて、試料の質量増加率は次第に増加します;300h酸化後は減少しており、SiO2がSiO(g)に変化して失われたことと関係があると考えられています。
(5)試料は、酸化時間の変化と質量変化率の逆の傾向の空気孔率の変化を示します。
(6)酸化時間の延長に伴って、酸化後の試料中晶相SiO2増加します;晶相SiO2とSiCの熱膨張系数の不一致および晶相SiO2間の相転移により、SiC表面のSiO2酸化膜が破裂したり脱落したりすることがあります。SiO2結合SiC材料の対水蒸気酸化性を高める鍵は、SiO2をガラス相中により多く取り込むことです。
