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高温非氧化物陶瓷相图

高温非氧化物陶瓷相图

出版社:科学出版社出版时间:2022-09-01
开本: B5 页数: 232
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高温非氧化物陶瓷相图 版权信息

高温非氧化物陶瓷相图 内容简介

本书收录了非氧化物氮化硅、氮化铝、碳化硅基陶瓷及超高温陶瓷系统实验相图的近期新研究成果。相图是研究开发材料重要的基础和依据。文中介绍的实验相图不少是作者自己的原创研究所得。氮化硅、氮化铝、碳化硅等优选陶瓷是除了氧化物陶瓷之外的应用*广泛的技术陶瓷,根据扎实严谨的实验结果绘制出的相平衡图具有十分重要的指导意义与参考价值。作者将许多分散在国内外学术期刊和学术会议中的研究成果首次系统地汇编成册,作为一本方便的工具书提供给读者。

高温非氧化物陶瓷相图 目录

目录

前言
绪论 1
第1章 Si3N4陶瓷系统 3
1.1 Si3N4-MxOy系统 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系统 29
1.2.1 β-Sialon系统 29
1.2.2 α-Sialon 系统 54
1.2.3 O′-Sialon系统 63
1.2.4 M′(R)-Sialon系统 68
1.2.5 Alsions 70
参考文献 73
第2章 SiC基陶瓷系统 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
参考文献 98
第3章 AlN基陶瓷系统 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 系统实验相图 112
3.9.3 AlN-Al4C3-SiC系统计算相图 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三棱柱相图 127
3.19 AlN-Be3N2- Si3N4 130
3.20 AlN- SiC-R2O3(R=Pr,Nd,Sm,Gd,Yb,Y) 131
参考文献 133
第4章 超高温陶瓷系统 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
参考文献 210
附录 215
展开全部

高温非氧化物陶瓷相图 节选

绪论 陶瓷相图用于研究多组分系统的高温物理化学反应,分析各物相之间的相容性平衡关系,属于实验基础理论研究,是陶瓷物理化学课程的主要内容。相图被誉为材料设计的指导书、陶瓷 工作者的地图和热力学数据的源泉。对于陶瓷 工作者,掌握相平衡的基本原理,能够熟练地解读相图,对于正确设计配方和优化 工艺、合理分析产品质量问题产生的原因以及新材料的研制和创新具有重要的指导意义。 美国学者William Gibbs于1876年首先提出相率,并将其作为多元多相平衡理论的基础。他以简单的形式表达了平衡系统中可以共存的物相的数目,即其中,厂为自由度数;c’独立组分数;为相数;N为外界影响因素(常指温度和压力),即N=2。其他外界因素,如电场、磁场、重力场等,对陶瓷系统平衡的影响可以忽略。 自由度数:在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中,可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。例如,,系统为无变量系统;厂=l,系统为单变量系统;f=2,系统为双变量系统。 独立组分数c’:系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学均匀物质,即系统的端点组成。独立组分教是决定一个相平衡系统成分所必需的*少的组分数。例如,c=l,系统为单元系统;c=2,系统为二元系统;c=3,系统为三元系统。 相数:也称为物相,是指系统中物理性质和化学性质相同的均匀部分。相与相之间由界面隔开,可用机械方法把其分成单独的部分,而不会使系统中的相数改变。 凝聚态系统:凡是能够忽略气相影响,只考虑液相和固相的系统,其外界影响因素可不考虑压力,只考虑温度,即N=l,则相率为。例如,A-B二元系统,独立组分c=2,则.。当自由度.厂=2时,相数4=l;厂=1时,相数4=2;厂=0时,*多相数≠一3,如二元低共熔点,在低共熔点温度工时液相同时对晶体A和B饱和,即在此点上这三相共存。对于三元系统,*多相数函一4,即三元低共熔点,它在三角形重心位置上含共晶转变点的四相区里,液相同时对三个晶相饱和。对于更多元的系统,其相数可按相率予以推算。 本书主要收录了硅、铝、第Ⅳ~Ⅵ族过渡金属的高熔点硼、碳、氮化合物为基的陶瓷系统相图。区别于普通氧化物和卤化物,这类非氧化物多为具有强共价性的化合物,有的化合物本身没有一致熔点,高温会分解,故常采取固相反应的烧结合高温非氧化物陶瓷相图成实验,用相分析结果制作成亚固相图。样品相组成及其物相成分的分析多采用X射线衍射( XRD)、电子显微镜、电子探针、金相显微镜,也采用差热和热重分析等。 相图中的点,表示一个端点组分、一个独立组成、一个单相或一个混熔相,如低共熔点所示。线,为两相的界线,如液相线、固相线;是两点连接的结线(tie line),它含相容的端点两个相;固溶体线代表一个相同结构的相,线上各点具有相同结构,但固溶度(即两个端点物相互相固溶的比例)随着点位置的不同而异。面,如三角平面除包含点、线外,可含有三相共存三角,可为单相固溶体区,也可为液相区。体,用于表示四元以上系统相关系的多面体,有四元四面体、五元五面体和六元Janecke三菱柱等。体表面的端点、棱边和面上的各个组分、各个物相向体内与其平衡的物相连接,可在体内形成许多三相共存三角、四相共存四面体等。 系统在一个均匀温度下经物理化学反应后其相组成不再有任何变化时,即达到平衡态。高温硼、碳、氮化合物多为强共价性化合物,其高温扩散系数小,有化学惰性,要达到物相平衡比较难,有时必须强化反应条件,如采用热压(hopressing,HP)、高温等静压(high- empera ure isos a ic pressing.HIP)、放电等离子烧结( spark plasma sinering,SPS)来合成样品,使系统反应达到平衡;有时需要提高温度和延长反应时间,或提高保护气体的压力,使反应完全、相组成不再有任何变化而达到平衡。对于某些反应,如用a-Si3 N4做原料烧制成的f3-Sialon固溶体,常以反应终了不再留有a-Sis N4作为系统达到平衡的依据。 第1章 Si3N4陶瓷系统 1.1 Si3N4-MO系统 氮化硅陶瓷作为*优异的高温非氧化物陶瓷材料之一,早在20世纪70年代就被期望能用于汽车燃气轮机上,至今它已蓬勃发展了数十年。伴随着氮化硅陶瓷材料的研制和发展,作为实验基础研究课题的氮化硅一金属氧化物系统的高温反应、物理化学、物相平衡不断得到研究,其相关的大量相图不断被发表,形成了一个以氮化硅为基的氮陶瓷领域,即一个非常完整的含氮硅酸盐领域。与Si07具有[Si04]硅氧四面体结构单元一样,Si3 N4和Si2 NzO也分别具有[SiN4]和[SiON3]四面体结构单元,故可看成酸性基团,而且能与许多碱性金属氧化物、稀土氧化物进行高温反应,生成一系列含氮硅酸盐和硅铝酸盐,也称为金属一铝一硅氧氮化合物(见附录中附表1~附表5),它们可作为Si3 N4陶瓷的助烧结剂。金属氧氮化合物与传统的硅酸盐和硅铝酸盐有着密切的关系,许多化合物都可从传统的硅酸盐和矿物中找到与其对应的同型物(见附表3和附表4);同时,氮化硅固溶体结构的发现、测定和研究不仅有重要的学术意义,而且对材料的组成设计和 工艺*佳化等也有实用参考价值。本节着重对研究氮化硅与其他氧化物,稀土氧化物之间高温反应物相平衡所发表的相图进行介绍。 1.1.1 S13 N4 -S102 图1.1为Si07 -Si3 N4系统相图。其中,图1.1(a)来白德国马普材料研究所(Max Planck Institutes)粉末冶金实验室(PMI.) Si-C-N-O计算相图大项目中的一部分,它采用该所的规则溶液模型(regular solu 工ion model)和JANAF热力学数据表口1计算,Si的数据取白文献[3],Si2 0N2的数据取白文献[4l;计算说明见文献[1],相关参考见美国陶瓷学会与美国国家标准技术局( ACerS-NIS 工)联合m版的相平衡图数据库中的PED 8745、8703和8704。图1.1(b)为Si3 N4-C-Si()2系统在1677℃计算的等温面。图1.1(c)为Si()2-Si3 N4二元系统计算相图,相图用规则溶液模型计算,但作者。51在图1.1(c)中叙述液相时忽略了已知的分解:Si3 N4(s) 法在PED 8785中叙述。 注:本书相图中,缩写L表示液相,G表示气相,ss表示固溶体,LM表示液体金属,LS表示液体盐。 图1.1 Si()2 -S13 N4系统相图 1.1.2 S13 N4 -Y2 03 图1.2为Si3 N4 -Y2 03类二元系统相图。该相图是在lMPa压力、氮气气氛中测得的,其中当Si3 N4:Y203 =1:1(摩尔分数)时,存在一个化合物Y2 Si3 03 N4(四方M相,黄长石型);当按Si3N4:Y203 =1:3(摩尔分数)配制原料时,可以得到2Y2 03.Si2 0N2相(单斜J相,枪品石型),这是因为实验中使用的Si3 N4粉含有微量氧杂质,氧的介入形成了以上化合物。J相虽与M相和Y2 03共存,但并不在Si3 N4 -Yp 03二元系统中,故以虚线表示。M相与Y203之间的低共熔点处组成为(摩尔分数)85%Y203-15%SiSN4,温度为1720℃,其实质是J相的熔融行为。由于Si3 N4原粉含有1.4%①的02,相当于3.86% Si0,或2.63% Si02,它会使Si3 N4分解,而在富Si3 N4 -边,大于1780℃时就有较高的失重。这相当于生成一个气相区,低共熔点难以测定,无法从它引出液一气相线,故以虚线表示,可称为类二元相图(pseudobinary diagram), ①本书中“含量”若无特殊说明,都指质量分数。 图1.2 SbN4 -Y2 03类二元系统相图。 1.1.3 S13N4 -Y3 Als 012 图1.3是Si3 N4-Y3 Als 012二元系统相图口]。其低共熔点为1650℃,组成为25%Si3 N4-75%YAG(Y。AlJ 012)。为了扼制有效成分的高温挥发,实验中采用lMPa压力的N2气氛保护,但1700℃以上就有明显的失重。 图1.3 SuN4-Y3AlrJOLZ二元系统相图

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