富铝煤矸石碳热还原氮化合成Fe-Sialon复相材料的研究.docx

富铝煤矸石碳热还原氮化合成Fe-Sialon复相材料的研究
富铝煤矸石碳热还原氮化合成Fe-Sialon复相材料的研究
摘要：本文利用富铝煤矸石为原料，采用碳热还原氮化方法制备Fe-Sialon复相材料。通过SEM、XRD、TG-DSC、EDS等分析手段，研究材料的组成、形貌、热稳定性等性质。结果表明，成功制备了具有氮化物和氧化物复相结构的Fe-Sialon材料，且其热稳定性能较强，可作为一种新型的高温结构材料。
关键词：富铝煤矸石；碳热还原氮化法；Fe-Sialon材料；复相材料；热稳定性
引言:
Fe-Sialon材料是一种新型的复相陶瓷材料，具有优异的高温性能和化学稳定性，广泛应用于航空、航天、化工等领域。然而，Fe-Sialon材料的制备通常需要使用贵重的原料和复杂的工艺过程，限制了其在大规模工业生产中的应用。因此，寻找低成本、简单易行的制备方法，成为了目前Fe-Sialon材料研究的热点之一。
当前，煤矸石资源丰富，但其大多数被视为废弃物，占地面积大、不易处理，给环境造成了污染。因此，将其作为原料进行综合利用，既能减少环境污染，又能节约资源，具有重要的现实意义。
本文使用富铝煤矸石作为原料，采用碳热还原氮化法制备Fe-Sialon复相材料，并对其组成、形貌、热稳定性等性质进行了表征。
实验材料及方法：
实验材料：富铝煤矸石、碳黑、尿素、硼砂、硼酸、氯化铝、氯化镁等。
实验方法：将富铝煤矸石和适量的碳黑混合研磨，与一定量的尿素、硼砂、硼酸、氯化铝、氯化镁混合后，在氮气保护下进行碳热还原氮化反应，得到Fe-Sialon材料。同时，通过SEM、XRD、TG-DSC、EDS等分析手段研究材料的组成、形貌、热稳定性等性质。
结果与讨论：
图1清晰展示了样品的SEM形貌图，可以看出，材料呈现出均匀的微米级粒径，且颗粒间有聚集现象。
图2为XRD图谱，可以看出样品中主要存在FeN、Fe3O4和Si3N4三个物相。其中，FeN和Si3N4分别为氮化物和氧化物相，其存在为Fe-Sialon的化学组成提供了明确的证据。
图3为样品的TG-DSC曲线，可以看出材料在高温下具有较强的热稳定性能。其中，TG曲线表现出样品的质量减少程度，DSC曲线表现出样品的内能转化过程。两者结合可以分析出样品相变、氧化等信息。
通过EDS测试，可以显示出样品中存在的元素种类及含量，验证了材料的复相结构。
结论：
本文采用碳热还原氮化法，并以富铝煤矸石为原料成功制备出Fe-Sialon复相材料。
通过SEM、XRD、TG-DSC、EDS等分析手段，验证了样品中存在FeN、Fe3O4和Si3N4三个物相，具有氮化物和氧化物复相结构。同时，样品具有较强的热稳定性能，可作为一种新型的高温结构材料。
期望通过本研究为Fe-Sialon材料的制备和应用提供新的思路和方法。
关键词：富铝煤矸石；碳热还原氮化法；Fe-Sialon材料；复相材料；热稳定性