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摘要：用自制β-Sialon粉（Z=3）和氧化锆粉（3%CaO），按β-Sialon 5-30wt%、氧化锆70-95wt%的配比，制备了β-Sialon/ZrO2复合材料。采用XRD、SEM等方法，研究了β-Sialon含量对复合材料显气孔率、吸水率、体积密度、常温抗折强度、烧成线收缩率、抗热震性、线膨胀率、物相组成的影响。研究表明：β-Sialon的加入量以5-10wt%为宜，复合材料的综合性能较佳。
关键词：β-Sialon粉；氧化锆；复合材料
中图分类号：TQ175 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）22-0056-02
氧化锆陶瓷材料熔点高，耐热性、耐侵蚀性优良，但热膨胀系数大（8×10-6K-1，20℃～1000℃）、热导率低（λ=16.8W·m-1·K-1），从而使得氧化锆材料在热震作用下容易产生较大的热应力，使其抗热震性能降低。采用氧化物与非氧化物复合工艺是提高材料抗热震性的有效办法。β-Sialon是Sialon系列中抗氧化性能、耐高温性能和热稳定性最佳的一种固溶体，β-Sialon的线膨胀系数为2～3×10-6K-1，热导率为22（20℃）/W（mK）-1。茹红强等在研究Sialon/Al2O3复相材料的合成工艺与性能中，发现复相材料的抗热震稳定性随Sialon相含量增加而提高。本研究利用Z=3的β-Sialon粉料与ZrO2粉料制备β-Sialon/ZrO2复合材料，研究β-Sialon含量对复合材料性能的影响。
1 实验
1.1 试样制备
按照β-Sialon粉料（Z=3、d50=10.5μm）加入量5%～30%（质量分数wt%，下同）、ZrO2粉料（3%CaO部分稳定，d50=28.23μm）加入量70%～95%的比例配料，复合材料配方组成见表1。配合料在球磨机中干混2h，加入2%的聚乙烯醇结合剂混练，困料后，于160MPa压力下干压成型尺寸为50mm×10mm×10mm的试样，试样经110℃干燥24h，在氮化（氮气纯度>98%）气氛炉中于1500℃烧成，保温2h。
1.2 测试方法
采用阿基米德排水法测定β-Sialon/ZrO2复合材料体积密度和显气孔率；采用三点弯曲法测定常温抗折强度；利用PCY型高速卧式膨胀仪测定试样线膨胀率表征热膨胀性；在电炉中将试样分别在空气和埋碳条件下进行1000℃→室温热震循环一次，通过测定抗折强度残余保持率表征试样的抗热震稳定性；采用日本理学D/MAX2500PC型X射线衍射仪进行物相分析；采用日立S-4800扫描电子显微镜测定试样的显微结构。
2 结果与讨论
2.1 物理性能
2.2 抗热震稳定性
2.3 热膨胀
2.4 物相组成
3 结语
参考文献
[1] 尹衍升，李嘉，等.氧化锆陶瓷及其复合材料[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2] 王志发，王榕林，王瑞生，等.Al2TiO5-ZrO2复相材料中ZrO2的相变特性[J].耐火材料，2004，38（6）.
[3] Mohamed SHAHIEN，Mohamed RADWAN，Soshu KIRIHARA，et al.Combustion Synthesis and Sintering of β-Sialon Ceramics （Z=2）[J].Journal of the Society of Materials Science， 2008，（57）.
[4] 茹红强，蒋君祥，王广义，等.Sialon/Al2O3复相材料的合成工艺与性能[J].陶瓷学报，2000，（21）.
[5] 陈晓霞，柯昌明，李楠.O'-Sialon-ZrO2复相材料反应烧结过程中相组成及显微结构研究[J].武汉科技大学学报，2005，（28）.
作者简介：张山林（1982—），男，河南漯河人，唐山时创耐火材料有限公司助理工程师，研究方向：高温结构材料。
关键词：β-Sialon粉；氧化锆；复合材料
中图分类号：TQ175 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）22-0056-02
氧化锆陶瓷材料熔点高，耐热性、耐侵蚀性优良，但热膨胀系数大（8×10-6K-1，20℃～1000℃）、热导率低（λ=16.8W·m-1·K-1），从而使得氧化锆材料在热震作用下容易产生较大的热应力，使其抗热震性能降低。采用氧化物与非氧化物复合工艺是提高材料抗热震性的有效办法。β-Sialon是Sialon系列中抗氧化性能、耐高温性能和热稳定性最佳的一种固溶体，β-Sialon的线膨胀系数为2～3×10-6K-1，热导率为22（20℃）/W（mK）-1。茹红强等在研究Sialon/Al2O3复相材料的合成工艺与性能中，发现复相材料的抗热震稳定性随Sialon相含量增加而提高。本研究利用Z=3的β-Sialon粉料与ZrO2粉料制备β-Sialon/ZrO2复合材料，研究β-Sialon含量对复合材料性能的影响。
1 实验
1.1 试样制备
按照β-Sialon粉料（Z=3、d50=10.5μm）加入量5%～30%（质量分数wt%，下同）、ZrO2粉料（3%CaO部分稳定，d50=28.23μm）加入量70%～95%的比例配料，复合材料配方组成见表1。配合料在球磨机中干混2h，加入2%的聚乙烯醇结合剂混练，困料后，于160MPa压力下干压成型尺寸为50mm×10mm×10mm的试样，试样经110℃干燥24h，在氮化（氮气纯度>98%）气氛炉中于1500℃烧成，保温2h。
1.2 测试方法
采用阿基米德排水法测定β-Sialon/ZrO2复合材料体积密度和显气孔率；采用三点弯曲法测定常温抗折强度；利用PCY型高速卧式膨胀仪测定试样线膨胀率表征热膨胀性；在电炉中将试样分别在空气和埋碳条件下进行1000℃→室温热震循环一次，通过测定抗折强度残余保持率表征试样的抗热震稳定性；采用日本理学D/MAX2500PC型X射线衍射仪进行物相分析；采用日立S-4800扫描电子显微镜测定试样的显微结构。
2 结果与讨论
2.1 物理性能
2.2 抗热震稳定性
2.3 热膨胀
2.4 物相组成
3 结语
参考文献
[1] 尹衍升，李嘉，等.氧化锆陶瓷及其复合材料[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2] 王志发，王榕林，王瑞生，等.Al2TiO5-ZrO2复相材料中ZrO2的相变特性[J].耐火材料，2004，38（6）.
[3] Mohamed SHAHIEN，Mohamed RADWAN，Soshu KIRIHARA，et al.Combustion Synthesis and Sintering of β-Sialon Ceramics （Z=2）[J].Journal of the Society of Materials Science， 2008，（57）.
[4] 茹红强，蒋君祥，王广义，等.Sialon/Al2O3复相材料的合成工艺与性能[J].陶瓷学报，2000，（21）.
[5] 陈晓霞，柯昌明，李楠.O'-Sialon-ZrO2复相材料反应烧结过程中相组成及显微结构研究[J].武汉科技大学学报，2005，（28）.
作者简介：张山林（1982—），男，河南漯河人，唐山时创耐火材料有限公司助理工程师，研究方向：高温结构材料。