ti（c，n）在含碳耐火材料中的应用研究

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要Ti(C，M是一种性能优良、用途广泛的非氧化物陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀等特性，并具有良好的导热性、导电性和化学稳定性，在机械、化工、汽车制造和航空航天等许多领域有广泛的应用，但将其应用于耐火材料中的报道尚不多见，主要原因是成本太高。李远兵老师在实验室条件下通过碳热和铝热还原法成功合成出成本相对较低的碳氮化钛及其复合粉末，因此可以考虑将其加入到耐火材料中以改善材料性能。本文通过采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和电子探针等，研究了Ti(C，如等和MgO之间的反应关系以及Ti(C，№加入到MgO

2、．C、MgO．MA．C、A1203一C三种含碳耐火材料中后对材料性能(如体积密度、显气孔率、常温耐压和抗折强度、高温抗折强度、烧后线变化、抗氧化性、抗渣性等)产生的影响，主要内容包括：一．采用热力学软件Factsage对Ti．N．C．O．Mg系统热力学计算表明：当温度低于1600℃时，在真空气氛下，TiC、TiN极易与MgO发生反应生成Mg蒸气：在埋炭气氛下，MgO也可被TiC、TiN还原生成Mg蒸气，且TiC比TiN更易与MgO发生反应。当氧分压较大时(大于10印a)，TiN、TiC不稳定，容易氧化，当氧分压很低时，才会有TiC、TiN和MgO的

3、稳定区域存在。二．研究了MgO与TiC、TiN、Ti(C，№之间的反应关系，结果表明：TiN、TiC、Ti(C，№在高温下可以和MgO发生一定程度的固溶；在1800℃保温2小时的真空条件下，MgO和TiN的反应由于受到动力学因素控制而逐步向里进行，外层MgO全部参与了反应，里层MgO则和TiN烧结成一个致密的烧结体，而MgO和TiC全部发生了反应，产物主要为TiO；在1600℃保温3小时的埋炭条件下，TiN和MgO基本没有发生反应，而TiC、Ti(C，№则可以部分和MgO发生反应最后生成M92Ti04。三．分别研究了Ti(C，№对MgO．C、MgO

4、—MA—C、A1203．C耐火材料性能的影响，结果表明：Ti(C，№可以改善和提高含碳耐火材料的抗氧化性、空气气氛下的抗渣性、高温抗折强度，对其他常温物理性能和埋炭气氛下抗渣性的影响不明显：Ti(C，№在MgO．C耐火材料中的加入量为3％时，材料综合性能较好，在A1203．C耐火材料中的加入量为2％时，材料综合性能较好。关键词：碳氮化钛，含碳耐火材料，热力学，性能武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果．除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文不包含任何其他

5、个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明．申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任．论文作者签名：璺兰型皇日期：竺!：：：!研究生学位论文版权使用授权书本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位的名义发表．本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门(按照《武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作的规定》执行)送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索．论文作者签名：

6、指导教师签名：日期：例g，f．叶武汉科技大学硕士学位论文第1页1．1Ti(c，N)介绍第一章文献综述1．1．1Ti(C，N)的结构与性能碳氮化钛为光泽性黑色粉末，是一种“零维"的三元固溶体⋯。碳氮化钛是由碳化钛和氮化钛形成的固溶体【2】，TiN和TiC都具有NaCl型晶体结构，而在非金属晶格中并不表现为长程有序，C原子(对于TiN来说是N原子)位于面心立方点阵FCC的结点位置，在面心立方的点(1／2，O，O)位置由钛原子形成超晶格。TiC的晶胞参数为0．4322啪，nN的晶胞参数为O．4242啪【3】。TiC点阵中的C原子可以被N原子以任意比例代替

7、，形成一种连续固溶体Ti(C1．、Nx)(O羹x耋1)【41(如图1．1)。辫。一b；一，筑c?j囝丁。@：；?、◇-·。_∥。ajb)e)图1．1TicN的结构模型：(a)模型I，(b)模型II，(c)模型IⅡFig．1．1stmcturemodelsofTiCN：(a)ModelI，(b)ModelII，(c)ModeIIIITi(CI一。N。)的性能随组成X的改变而变化。TiC的硬度高，而TiN的韧性较好，一般来说，随X的增大，材料的硬度降低、韧性提高【5，61。碳氮化钛是一种性能优良、用途广泛的非氧化物陶瓷材料，兼具TiN和TiC的优点，具

8、有高熔点、高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等特性，并具有良好的导热性、导电性和化学稳定性，在机械、化工、汽车制造和航空航天等许