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高溫非氧化物陶瓷相圖 版權信息
- ISBN：9787030548603
- 條形碼：9787030548603 ; 978-7-03-054860-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
高溫非氧化物陶瓷相圖 內容簡介
本書收錄了非氧化物氮化硅、氮化鋁、碳化硅基陶瓷及超高溫陶瓷系統(tǒng)實驗相圖的近期新研究成果。相圖是研究開發(fā)材料重要的基礎和依據。文中介紹的實驗相圖不少是作者自己的原創(chuàng)研究所得。氮化硅、氮化鋁、碳化硅等優(yōu)選陶瓷是除了氧化物陶瓷之外的應用*廣泛的技術陶瓷，根據扎實嚴謹的實驗結果繪制出的相平衡圖具有十分重要的指導意義與參考價值。作者將許多分散在國內外學術期刊和學術會議中的研究成果首次系統(tǒng)地匯編成冊，作為一本方便的工具書提供給讀者。
高溫非氧化物陶瓷相圖 目錄
目錄
序
前言
緒論 1
第1章 Si3N4陶瓷系統(tǒng) 3
1.1 Si3N4-MxOy系統(tǒng) 3
1.1.1 Si3N4-SiO2 3
1.1.2 Si3N4-Y2O3 5
1.1.3 Si3N4-Y3Al5O12 6
1.1.4 Si3N4-Y2Si2O7 7
1.1.5 Si3N4-Y3Al5O12-Y2Si2O7 7
1.1.6 Si3N4-SiO2-La2O3 7
1.1.7 Si3N4-SiO2-Ce2O3 9
1.1.8 Si3N4-SiO2-Gd2O3 10
1.1.9 Si3N4-SiO2-Y2O3 11
1.1.10 Si3N4-La2O3-Y2O3 13
1.1.11 Si3N4-SiO2-Th3N4-ThO2 13
1.1.12 Si3N4-SiO2- AlN-Al2O3-ZrN-ZrO2 15
1.1.13 Si3N4-SiO2-ZrN-ZrO2-Y2O3 19
1.1.14 Si3N4-SiO2-Mg3N2-MgO 21
1.1.15 Si3N4-Si2ON2-Mg2SiO4 23
1.1.16 Si3N4-Ca3N2-Mg3N2-MgO-SiO2（+CaO） 23
1.1.17 Si3N4-SiO2- AlN-Al2O3-Ca3N2-CaO 26
1.1.18 ［Si3N4（60%）-SiO2］-［Si3N4（60%）-Al2O3］-［Si3N4（60%）-Y2O3］ 28
1.2 Sialons系統(tǒng) 29
1.2.1 β-Sialon系統(tǒng) 29
1.2.2 α-Sialon 系統(tǒng) 54
1.2.3 O′-Sialon系統(tǒng) 63
1.2.4 M′（R）-Sialon系統(tǒng) 68
1.2.5 Alsions 70
參考文獻 73
第2章 SiC基陶瓷系統(tǒng) 77
2.1 SiC-SiO2 77
2.2 SiC-Si2ON2 78
2.3 SiC- Si3N4 78
2.4 SiC- Si3N4-SiO2 79
2.5 SiC-Al4C3-Be2C 81
2.6 SiC-CrB2 82
2.7 4（SiC）-Al4C3-B4C 82
2.8 SiC-SiO2-Y2O3 83
2.9 SiC- Si3N4-R2O3（R=La，Gd，Y） 84
2.10 SiC-Al2O3-SiO2-Pr2O3 87
2.1 1SiC-Al2O3-SiO2-Nd2O3 89
2.12 SiC-Al2O3-SiO2-Gd2O3 92
2.13 SiC-Al2O3-SiO2-Yb2O3 94
2.14 SiC-Al2O3-SiO2-Y2O3 96
2.15 SiC-SiO2-Al2O3-ZrO2和 SiC-SiO2-Al2O3-MgO 96
參考文獻 98
第3章 AlN基陶瓷系統(tǒng) 100
3.1 AlN-Al4C3-Al2O3- Si3N4- SiC-SiO2（Al-Si-N-C-O） 100
3.2 AlN-Al2O3 101
3.3 Al2O3-Al4C3 103
3.4 AlN-Al4C3 105
3.5 Al4C3-Al2O3- AlN 105
3.6 AlN-SiC 107
3.7 AlN-Al2OC-SiC 108
3.8 Al4C3-SiC 109
3.9 AlN-Al4C3-SiC 111
3.9.1 AlN-Al4C3- Si3N4-SiC 111
3.9.2 AlN-Al4C3-SiC 系統(tǒng)實驗相圖 112
3.9.3 AlN-Al4C3-SiC系統(tǒng)計算相圖 113
3.10 AlN-GaN、GaN-InN和 AlN-InN 115
3.11 AlN-Eu2O3和 AlN-Nd2O3 117
3.12 AlN-Y2O3 119
3.13 4（ AlN）-2（Mg3N2）-2（Al2O3）-6（MgO） 120
3.14 AlN-Al2O3-Mg3N2-MgO 120
3.15 4（ AlN）-2（Mg3N2）-2（Al2O3）-6（MgO） 122
3.16 4（ AlN）-2（Ca3N2）-2（Al2O3）-6（CaO） 123
3.17 AlN-Al2O3-R2O3（R=Ce，Pr，Nd，Sm） 124
3.18 Al-Si-Nd-O-N Jnecke三棱柱相圖 127
3.19 AlN-Be3N2- Si3N4 130
3.20 AlN- SiC-R2O3（R=Pr，Nd，Sm，Gd，Yb，Y） 131
參考文獻 133
第4章 超高溫陶瓷系統(tǒng) 137
4.1 TiB2-TiC0.9和TiB2-B4C 137
4.2 TiC0.95-TiB2 142
4.3 TiC-ZrC 143
4.4 TiC-HfC 143
4.5 TiC1-x-HfC1-x 145
4.6 TiC-VC0.88 146
4.7 TiC-NbC 146
4.8 TiC-TaC 148
4.9 GdB6-TiB2 148
4.10 TiB2-TiNx 149
4.1 1ZrC0.88-ZrB2和ZrB2-B4C 151
4.12 ZrC-ZrB2 155
4.13 VC0.88-ZrC 156
4.14 ZrC-NbC 157
4.15 TaC 157
4.16 ZrB2-SiC 158
4.17 ZrN0.96-ZrB2 158
4.18 Hf-Zr-C（（Hf，Zr）C1-xss） 160
4.19 HfC-ZrC 162
4.20 HfC-TaC 162
4.21 HfB2-HfC0.9和 HfB2-B4C 163
4.22 HfB2-GdB6 168
4.23 HfB2-W2B5 169
4.24 HfB2-MoB2 170
4.25 TiN- AlN 172
4.26 ZrN- AlN 172
4.27 ZrN-ZrO2-Y2O3 173
4.28 Ni-NbC-VC 174
4.29 VC-NbC 174
4.30 NbB2-B4C 175
4.31 TaB2-B4C 175
4.32 VB2-B4C 177
4.33 VB2-VC0.88 177
4.34 W2B5-B4C，W2B-W2C，WB-W2C 178
4.35 HfC-VC 184
4.36 TiC-HfC-WC 185
4.37 TiC-HfC-（MoC） 190
4.38 TiC-WC-NbC 192
4.39 TiC-WC-TaC 192
4.40 TiC-TaC/NbC-WC 193
4.41 HfC-VC-NbC 193
4.42 HfC-WC-VC 195
4.43 HfC-（MoC）-VC 200
4.44 NbC-TaC-WC 204
4.45 V2C-Ta2C-W2C 204
4.46 V2C-Ta2C-Mo2C 206
4.47 Nb2C-Ta2C-W2C 207
4.48 Nb2C-Ta2C-Mo2C 208
4.49 ZrC-ZrO2- SiC-SiO2-MgO 209
4.50 ZrC-ZrO2- SiC-SiO2-CaO 209
參考文獻 210
附錄 215
序
前言
緒論 1
第1章 Si3N4陶瓷系統(tǒng) 3
1.1 Si3N4-MxOy系統(tǒng) 3
1.1.1 Si3N4-SiO2 3
1.1.2 Si3N4-Y2O3 5
1.1.3 Si3N4-Y3Al5O12 6
1.1.4 Si3N4-Y2Si2O7 7
1.1.5 Si3N4-Y3Al5O12-Y2Si2O7 7
1.1.6 Si3N4-SiO2-La2O3 7
1.1.7 Si3N4-SiO2-Ce2O3 9
1.1.8 Si3N4-SiO2-Gd2O3 10
1.1.9 Si3N4-SiO2-Y2O3 11
1.1.10 Si3N4-La2O3-Y2O3 13
1.1.11 Si3N4-SiO2-Th3N4-ThO2 13
1.1.12 Si3N4-SiO2- AlN-Al2O3-ZrN-ZrO2 15
1.1.13 Si3N4-SiO2-ZrN-ZrO2-Y2O3 19
1.1.14 Si3N4-SiO2-Mg3N2-MgO 21
1.1.15 Si3N4-Si2ON2-Mg2SiO4 23
1.1.16 Si3N4-Ca3N2-Mg3N2-MgO-SiO2（+CaO） 23
1.1.17 Si3N4-SiO2- AlN-Al2O3-Ca3N2-CaO 26
1.1.18 ［Si3N4（60%）-SiO2］-［Si3N4（60%）-Al2O3］-［Si3N4（60%）-Y2O3］ 28
1.2 Sialons系統(tǒng) 29
1.2.1 β-Sialon系統(tǒng) 29
1.2.2 α-Sialon 系統(tǒng) 54
1.2.3 O′-Sialon系統(tǒng) 63
1.2.4 M′（R）-Sialon系統(tǒng) 68
1.2.5 Alsions 70
參考文獻 73
第2章 SiC基陶瓷系統(tǒng) 77
2.1 SiC-SiO2 77
2.2 SiC-Si2ON2 78
2.3 SiC- Si3N4 78
2.4 SiC- Si3N4-SiO2 79
2.5 SiC-Al4C3-Be2C 81
2.6 SiC-CrB2 82
2.7 4（SiC）-Al4C3-B4C 82
2.8 SiC-SiO2-Y2O3 83
2.9 SiC- Si3N4-R2O3（R=La，Gd，Y） 84
2.10 SiC-Al2O3-SiO2-Pr2O3 87
2.1 1SiC-Al2O3-SiO2-Nd2O3 89
2.12 SiC-Al2O3-SiO2-Gd2O3 92
2.13 SiC-Al2O3-SiO2-Yb2O3 94
2.14 SiC-Al2O3-SiO2-Y2O3 96
2.15 SiC-SiO2-Al2O3-ZrO2和 SiC-SiO2-Al2O3-MgO 96
參考文獻 98
第3章 AlN基陶瓷系統(tǒng) 100
3.1 AlN-Al4C3-Al2O3- Si3N4- SiC-SiO2（Al-Si-N-C-O） 100
3.2 AlN-Al2O3 101
3.3 Al2O3-Al4C3 103
3.4 AlN-Al4C3 105
3.5 Al4C3-Al2O3- AlN 105
3.6 AlN-SiC 107
3.7 AlN-Al2OC-SiC 108
3.8 Al4C3-SiC 109
3.9 AlN-Al4C3-SiC 111
3.9.1 AlN-Al4C3- Si3N4-SiC 111
3.9.2 AlN-Al4C3-SiC 系統(tǒng)實驗相圖 112
3.9.3 AlN-Al4C3-SiC系統(tǒng)計算相圖 113
3.10 AlN-GaN、GaN-InN和 AlN-InN 115
3.11 AlN-Eu2O3和 AlN-Nd2O3 117
3.12 AlN-Y2O3 119
3.13 4（ AlN）-2（Mg3N2）-2（Al2O3）-6（MgO） 120
3.14 AlN-Al2O3-Mg3N2-MgO 120
3.15 4（ AlN）-2（Mg3N2）-2（Al2O3）-6（MgO） 122
3.16 4（ AlN）-2（Ca3N2）-2（Al2O3）-6（CaO） 123
3.17 AlN-Al2O3-R2O3（R=Ce，Pr，Nd，Sm） 124
3.18 Al-Si-Nd-O-N Jnecke三棱柱相圖 127
3.19 AlN-Be3N2- Si3N4 130
3.20 AlN- SiC-R2O3（R=Pr，Nd，Sm，Gd，Yb，Y） 131
參考文獻 133
第4章 超高溫陶瓷系統(tǒng) 137
4.1 TiB2-TiC0.9和TiB2-B4C 137
4.2 TiC0.95-TiB2 142
4.3 TiC-ZrC 143
4.4 TiC-HfC 143
4.5 TiC1-x-HfC1-x 145
4.6 TiC-VC0.88 146
4.7 TiC-NbC 146
4.8 TiC-TaC 148
4.9 GdB6-TiB2 148
4.10 TiB2-TiNx 149
4.1 1ZrC0.88-ZrB2和ZrB2-B4C 151
4.12 ZrC-ZrB2 155
4.13 VC0.88-ZrC 156
4.14 ZrC-NbC 157
4.15 TaC 157
4.16 ZrB2-SiC 158
4.17 ZrN0.96-ZrB2 158
4.18 Hf-Zr-C（（Hf，Zr）C1-xss） 160
4.19 HfC-ZrC 162
4.20 HfC-TaC 162
4.21 HfB2-HfC0.9和 HfB2-B4C 163
4.22 HfB2-GdB6 168
4.23 HfB2-W2B5 169
4.24 HfB2-MoB2 170
4.25 TiN- AlN 172
4.26 ZrN- AlN 172
4.27 ZrN-ZrO2-Y2O3 173
4.28 Ni-NbC-VC 174
4.29 VC-NbC 174
4.30 NbB2-B4C 175
4.31 TaB2-B4C 175
4.32 VB2-B4C 177
4.33 VB2-VC0.88 177
4.34 W2B5-B4C，W2B-W2C，WB-W2C 178
4.35 HfC-VC 184
4.36 TiC-HfC-WC 185
4.37 TiC-HfC-（MoC） 190
4.38 TiC-WC-NbC 192
4.39 TiC-WC-TaC 192
4.40 TiC-TaC/NbC-WC 193
4.41 HfC-VC-NbC 193
4.42 HfC-WC-VC 195
4.43 HfC-（MoC）-VC 200
4.44 NbC-TaC-WC 204
4.45 V2C-Ta2C-W2C 204
4.46 V2C-Ta2C-Mo2C 206
4.47 Nb2C-Ta2C-W2C 207
4.48 Nb2C-Ta2C-Mo2C 208
4.49 ZrC-ZrO2- SiC-SiO2-MgO 209
4.50 ZrC-ZrO2- SiC-SiO2-CaO 209
參考文獻 210
附錄 215
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高溫非氧化物陶瓷相圖 節(jié)選
緒論 陶瓷相圖用于研究多組分系統(tǒng)的高溫物理化學反應，分析各物相之間的相容性平衡關系，屬于實驗基礎理論研究，是陶瓷物理化學課程的主要內容。相圖被譽為材料設計的指導書、陶瓷 工作者的地圖和熱力學數據的源泉。對于陶瓷 工作者，掌握相平衡的基本原理，能夠熟練地解讀相圖，對于正確設計配方和優(yōu)化 工藝、合理分析產品質量問題產生的原因以及新材料的研制和創(chuàng)新具有重要的指導意義。 美國學者William Gibbs于1876年首先提出相率，并將其作為多元多相平衡理論的基礎。他以簡單的形式表達了平衡系統(tǒng)中可以共存的物相的數目，即其中，廠為自由度數；c’獨立組分數；為相數；N為外界影響因素（常指溫度和壓力），即N=2。其他外界因素，如電場、磁場、重力場等，對陶瓷系統(tǒng)平衡的影響可以忽略。 自由度數：在溫度、壓力、組分濃度等可能影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變量中，可以在一定范圍內任意改變而不會引起舊相消失或新相產生的獨立變量的數目。例如，，系統(tǒng)為無變量系統(tǒng)；廠=l，系統(tǒng)為單變量系統(tǒng)；f=2，系統(tǒng)為雙變量系統(tǒng)。 獨立組分數c’：系統(tǒng)中每一個能單獨分離出來并能獨立存在的化學均勻物質，即系統(tǒng)的端點組成。獨立組分教是決定一個相平衡系統(tǒng)成分所必需的*少的組分數。例如，c=l，系統(tǒng)為單元系統(tǒng)；c=2，系統(tǒng)為二元系統(tǒng)；c=3，系統(tǒng)為三元系統(tǒng)。 相數：也稱為物相，是指系統(tǒng)中物理性質和化學性質相同的均勻部分。相與相之間由界面隔開，可用機械方法把其分成單獨的部分，而不會使系統(tǒng)中的相數改變。 凝聚態(tài)系統(tǒng)：凡是能夠忽略氣相影響，只考慮液相和固相的系統(tǒng)，其外界影響因素可不考慮壓力，只考慮溫度，即N=l，則相率為。例如，A-B二元系統(tǒng)，獨立組分c=2，則．。當自由度.廠=2時，相數4=l;廠=1時，相數4=2;廠=0時，*多相數≠一3，如二元低共熔點，在低共熔點溫度工時液相同時對晶體A和B飽和，即在此點上這三相共存。對于三元系統(tǒng)，*多相數函一4，即三元低共熔點，它在三角形重心位置上含共晶轉變點的四相區(qū)里，液相同時對三個晶相飽和。對于更多元的系統(tǒng)，其相數可按相率予以推算。 本書主要收錄了硅、鋁、第Ⅳ～Ⅵ族過渡金屬的高熔點硼、碳、氮化合物為基的陶瓷系統(tǒng)相圖。區(qū)別于普通氧化物和鹵化物，這類非氧化物多為具有強共價性的化合物，有的化合物本身沒有一致熔點，高溫會分解，故常采取固相反應的燒結合高溫非氧化物陶瓷相圖成實驗，用相分析結果制作成亞固相圖。樣品相組成及其物相成分的分析多采用X射線衍射( XRD)、電子顯微鏡、電子探針、金相顯微鏡，也采用差熱和熱重分析等。 相圖中的點，表示一個端點組分、一個獨立組成、一個單相或一個混熔相，如低共熔點所示。線，為兩相的界線，如液相線、固相線；是兩點連接的結線(tie line)，它含相容的端點兩個相；固溶體線代表一個相同結構的相，線上各點具有相同結構，但固溶度（即兩個端點物相互相固溶的比例）隨著點位置的不同而異。面，如三角平面除包含點、線外，可含有三相共存三角，可為單相固溶體區(qū)，也可為液相區(qū)。體，用于表示四元以上系統(tǒng)相關系的多面體，有四元四面體、五元五面體和六元Janecke三菱柱等。體表面的端點、棱邊和面上的各個組分、各個物相向體內與其平衡的物相連接，可在體內形成許多三相共存三角、四相共存四面體等。 系統(tǒng)在一個均勻溫度下經物理化學反應后其相組成不再有任何變化時，即達到平衡態(tài)。高溫硼、碳、氮化合物多為強共價性化合物，其高溫擴散系數小，有化學惰性，要達到物相平衡比較難，有時必須強化反應條件，如采用熱壓(hopressing，HP)、高溫等靜壓(high- empera ure isos a ic pressing．HIP)、放電等離子燒結( spark plasma sinering，SPS)來合成樣品，使系統(tǒng)反應達到平衡；有時需要提高溫度和延長反應時間，或提高保護氣體的壓力，使反應完全、相組成不再有任何變化而達到平衡。對于某些反應，如用a-Si3 N4做原料燒制成的f3-Sialon固溶體，常以反應終了不再留有a-Sis N4作為系統(tǒng)達到平衡的依據。 第1章 Si3N4陶瓷系統(tǒng) 1.1 Si3N4-MO系統(tǒng) 氮化硅陶瓷作為*優(yōu)異的高溫非氧化物陶瓷材料之一，早在20世紀70年代就被期望能用于汽車燃氣輪機上，至今它已蓬勃發(fā)展了數十年。伴隨著氮化硅陶瓷材料的研制和發(fā)展，作為實驗基礎研究課題的氮化硅一金屬氧化物系統(tǒng)的高溫反應、物理化學、物相平衡不斷得到研究，其相關的大量相圖不斷被發(fā)表，形成了一個以氮化硅為基的氮陶瓷領域，即一個非常完整的含氮硅酸鹽領域。與Si07具有[Si04]硅氧四面體結構單元一樣，Si3 N4和Si2 NzO也分別具有[SiN4]和[SiON3]四面體結構單元，故可看成酸性基團，而且能與許多堿性金屬氧化物、稀土氧化物進行高溫反應，生成一系列含氮硅酸鹽和硅鋁酸鹽，也稱為金屬一鋁一硅氧氮化合物（見附錄中附表1～附表5），它們可作為Si3 N4陶瓷的助燒結劑。金屬氧氮化合物與傳統(tǒng)的硅酸鹽和硅鋁酸鹽有著密切的關系，許多化合物都可從傳統(tǒng)的硅酸鹽和礦物中找到與其對應的同型物（見附表3和附表4）；同時，氮化硅固溶體結構的發(fā)現、測定和研究不僅有重要的學術意義，而且對材料的組成設計和 工藝*佳化等也有實用參考價值。本節(jié)著重對研究氮化硅與其他氧化物，稀土氧化物之間高溫反應物相平衡所發(fā)表的相圖進行介紹。 1.1.1 S13 N4 -S102 圖1.1為Si07 -Si3 N4系統(tǒng)相圖。其中，圖1.1(a)來白德國馬普材料研究所(Max Planck Institutes)粉末冶金實驗室(PMI.) Si-C-N-O計算相圖大項目中的一部分，它采用該所的規(guī)則溶液模型(regular solu 工ion model)和JANAF熱力學數據表口1計算，Si的數據取白文獻[3]，Si2 0N2的數據取白文獻[4l;計算說明見文獻[1]，相關參考見美國陶瓷學會與美國國家標準技術局( ACerS-NIS 工)聯合m版的相平衡圖數據庫中的PED 8745、8703和8704。圖1.1(b)為Si3 N4-C-Si()2系統(tǒng)在1677℃計算的等溫面。圖1.1(c)為Si()2-Si3 N4二元系統(tǒng)計算相圖，相圖用規(guī)則溶液模型計算，但作者。51在圖1.1(c)中敘述液相時忽略了已知的分解：Si3 N4(s) 法在PED 8785中敘述。 注：本書相圖中，縮寫L表示液相，G表示氣相，ss表示固溶體，LM表示液體金屬，LS表示液體鹽。 圖1.1 Si()2 -S13 N4系統(tǒng)相圖 1.1.2 S13 N4 -Y2 03 圖1.2為Si3 N4 -Y2 03類二元系統(tǒng)相圖。該相圖是在lMPa壓力、氮氣氣氛中測得的，其中當Si3 N4：Y203 =1：1（摩爾分數）時，存在一個化合物Y2 Si3 03 N4（四方M相，黃長石型）；當按Si3N4：Y203 =1：3（摩爾分數）配制原料時，可以得到2Y2 03．Si2 0N2相（單斜J相，槍品石型），這是因為實驗中使用的Si3 N4粉含有微量氧雜質，氧的介入形成了以上化合物。J相雖與M相和Y2 03共存，但并不在Si3 N4 -Yp 03二元系統(tǒng)中，故以虛線表示。M相與Y203之間的低共熔點處組成為（摩爾分數）85%Y203-15%SiSN4，溫度為1720℃，其實質是J相的熔融行為。由于Si3 N4原粉含有1.4%①的02，相當于3.86% Si0，或2.63% Si02，它會使Si3 N4分解，而在富Si3 N4 -邊，大于1780℃時就有較高的失重。這相當于生成一個氣相區(qū)，低共熔點難以測定，無法從它引出液一氣相線，故以虛線表示，可稱為類二元相圖(pseudobinary diagram)， ①本書中“含量”若無特殊說明，都指質量分數。 圖1.2 SbN4 -Y2 03類二元系統(tǒng)相圖。 1.1.3 S13N4 -Y3 Als 012 圖1.3是Si3 N4-Y3 Als 012二元系統(tǒng)相圖口]。其低共熔點為1650℃，組成為25%Si3 N4-75%YAG(Y。AlJ 012)。為了扼制有效成分的高溫揮發(fā)，實驗中采用lMPa壓力的N2氣氛保護，但1700℃以上就有明顯的失重。 圖1.3 SuN4-Y3AlrJOLZ二元系統(tǒng)相圖
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