闪速燃烧合成氮化硅铁的氮化机理

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1、第43卷第3期硅酸盐学报Vol.43，No.32015年3月JOURNALOFTHECHINESECERAMICSOCIETYMarch，2015http://www.gxyb.cbpt.cnki.netDOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2015.03.18闪速燃烧合成氮化硅铁的氮化机理高梅，李勇，秦海霞，李斌，陈俊红，薛文东，孙加林(北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)摘要：以硅铁合金FeSi75为原料，研究了闪速燃烧合成氮化硅铁的氮化机理。结果表明：在氮化过程中，首先是硅的活性–20氧化，硅被氧化生成气态SiO，使得体系氧

2、分压降低，当氧分压p(O2)≤10MPa(T=1823K)时，Si与N2(g)直接反应形成氮化硅，气态SiO最终与N2(g)发生反应生成氮化硅。硅铁合金FeSi75中的FeSi2与Fe0.42Si2.67没有促进氮化硅的形成，且与未参与氮化反应的硅反应形成Fe3Si。氮化硅铁的主要物相为氮化硅和Fe3Si，其中存在大量的柱状氮化硅，Fe3Si被柱状Si3N4包裹，呈孤立状态。关键词：闪速燃烧合成；氮化机理；氮化硅；气态一氧化硅中图分类号：TQ175文献标志码：A文章编号：0454–5648(2015)03–0358–06网络出版时间：2015–03–069:54:5

3、3网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20150306.0954.018.htmlNitridationMechanismofFe3Si-Si3N4PreparedbyFlashCombustionSynthesisGAOMei,LIYong,QINHaixia,LIBin,CHENJunhong,XUEWendong,SUNJialin(SchoolofMaterialScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beiji

4、ng100083,China)Abstract:NitridationmechanismofFe3Si-Si3N4,whichwaspreparedbyflashcombustionsynthesismethodfromFeSi75,wasinvestigated.TheresultsareshownthattheactiveoxidationoccursfirstlyintheprocessofFeSi75nitridation,siliconisoxidizedtoformgaseousSiO,oxygenpartialpressureisreducedinth

5、esystem,siliconreactswithnitrogendirectlytoformSi3N4whilethe–20systemoxygenpartialpressureapproachlessthan10MPa(T=1823K).GaseousSiOfinallyreactswithnitrogentoformSi3N4.FeSi2andFe0.42Si2.67intheFeSi75reactwithunreactedSitoformFe3Siandwithoutinvolvingduringnitridationprocess.TheFe3Si-Si3

6、N4wascharacterizedbyX-raydiffractometerandscanningelectronmicroscope,themainphasesofFe3Si-Si3N4areSi3N4andFe3Si.ThereisalargequantityofcolumnsiliconnitrideinFe3Si-Si3N4.Fe3Siliesinsidethestuffsurroundedbysiliconnitrideandexistsinisolation.Keywords:flashcombustionsynthesis;nitridationme

7、chanism;siliconnitride;gaseoussiliconmonoxide近年来，氧化物-非氧化物复合耐火材料发展Si3N4相具有与熔渣和金属熔体润湿性差、抗熔体迅速，耐火材料中应用的非氧化物主要为碳化硅、渗透性和侵蚀性好、线膨胀系数小、抗热震性好等[8]氮化硅和氮化硅铁等，其与氧化物(主要是刚玉基优点，Fe3Si金属间化合物在高温下具有塑性相[4]体)复合制备的高性能复合耐火材料在钢铁冶金中的作用，故氮化硅铁既有Si3N4的一些优异性能，[1–4]取得了很好使用效果。相对于纯氮化硅，利用又有Fe3Si塑性相作用，已广泛应用于大型高炉用硅铁合金F