硅铁合金氮化的实验研究毕业论文.doc

分类号 密级 毕 业 设 计（论 文）题 目 硅铁合金氮化的实验研究 英文题目 Experimental Study on the Nitridation of Ferrosilicon Alloy 学生姓名 杨景周 院（系） 材料科学与工程 专 业材料科学与工程 学 号 3102113 毕业设计（论文）任务书学生姓名 班级31021专业材料科学与工程导师姓名 职称副教授教 授院（系）材料科学与工程毕业设计（论文）题目硅铁合金氮化的实验研究课题研究的目的、意义硅铁合金目前主要应用于钢铁冶炼工业本课题提出对硅铁合金进行氮化实验研究，希望获得硅铁合金氮化产物的物相组成和显微结构的相关实验数据，为进一步研究用硅铁合金氮化制备新型氮化物陶瓷材料和用金属相强韧化陶瓷提供一定的理论基础同时，也为硅铁合金的增值利用开辟新的技术途径本课题研究具有重要的学术意义和实用价值。

主要内容基本要求主要内容：进行硅铁合金氮化实验，研究氮化温度对产物的相组成、显微结构和理化性能的影响；初步探讨硅铁合金粉体的氮化机理；并对硅铁合金氮化制备氮化硅铁复相材料进行探索研究基本要求：（1）实验数据应符合事实；（2）毕业设计符合学校要求重点研究的问题（1）揭示硅铁合金氮化产物的物相组成、显微结构及其理化性能；（2）探讨硅铁合金粉体的氮化机理实验及测试要求（1）实验过程操作规范、记录清楚；（2）实验原料的粒度为-200目进度计划2006年2月底～3月底，查阅文献，设计实验方案，完成实验前期准备工作；2006年3月底～5月初，按实验方案进行实验，收集并初步处理实验数据；2006年5月初～6月初，整理实验数据以及实验资料，撰写毕业设计（论文）应收集的资料及主要参考文献应收集的资料：（1）有关硅铁合金氮化和氮化硅铁复相材料制备等方面文献资料；（2）本次实验所需仪器的正确使用方法和氮化实验的相关资料主要参考文献：[1] 许传才编.铁合金冶炼工艺学.西北大学出版社.1996，6[2] 李世普主编. 特种陶瓷工艺学.武汉：武汉工业大学出版社.2003，3重印（1990年12月第1版） 121~127，133[3] 王零森编著.特种陶瓷.中南工业大学出版社.1994发出任务书日期： 指导教师签名： 教研室主任签名： 摘 要硅铁合金主要应用于钢铁冶炼工业，具有价格较低的优势。

本课题提出对硅铁合金进行氮化实验研究，希望获得硅铁合金氮化产物的物相组成和显微结构的相关实验数据，为进一步研究用硅铁合金氮化制备新型氮化物陶瓷材料和用金属相强韧化陶瓷提供一定的理论基础同时，也为硅铁合金的增值利用开辟新的技术途径本课题研究具有重要的学术意义和实用价值对本文选用的FeSi75硅铁合金原料的相组成进行的分析研究结果表明，FeSi75硅铁合金的主要物相为Si和FeSi2硅铁原料经过破碎、磨细、造粒、干压成型、冷等静压密实制备出试样生坯，并分别在1400 ℃、1500 ℃、1600 ℃、1700 ℃的温度和0.9MPa流动氮气气氛中进行氮化实验XRD分析结果显示：1400 ℃和1500 ℃氮化产物为α-Si3N4，还有残余的未反应的Si和FeSi2；1600 ℃和1700 ℃氮化产物主要为α-Si3N4、β-Si3N4和Fe3SiSEM观察得到：α-Si3N4为针状，β-Si3N4为长柱状；Fe3Si存在于结合相中分析认为：FeSi75合金粉体氮化本质是金属Si和ξ相的氮化以硅铁合金粉为原料，采用精细陶瓷的制备工艺，经过1700℃氮化烧成制得了性能较好的氮化硅铁复相陶瓷材料复相陶瓷的抗折强度为135.81MPa，体积密度为2.62g/cm3，显气孔率为16.38%。

显微结构研究发现该复相陶瓷材料基体内大部分气孔中生长有大量的氮化硅氮化硅晶体形貌及尺寸为：α-Si3N4呈针状，直径约为0.5μm，长约20μm；β-Si3N4呈长柱状，直径约为2.5μm，长为15~20μm，长径比为6~8关键词：硅铁合金； 高温氮化； 实验研究； 氮化硅铁； 复相陶瓷ABSTRACTFerrosilicon alloy is mainly used in metallurgic industry, which has low cost. In this paper, the nitridation of ferrosilicon alloy is proposed. It is expected that the experimental data of phase composition and microstructure of the products can be obtained. Additionally, it is hoped that the theoretical basis of preparing nitride ceramics from ferrosilicon alloy by nitridation and toughening ceramics with ductile metal phase may be acquired. Simultaneously, a new technical method for the utilization of added value of ferrosilicon alloy will be exploited. The academic and practical value of this study is very significant.The result of XRD shows that the phases in FeSi75 alloy adopted in this paper are Si and FeSi2. Green bodies were prepared by crashing, milling, prilling, dry pressing and isostatic cool pressing. After drying, green bodies were nitride in flowing nitrogen gas with 0.9MPa pressure, respectively at 1400℃, 1500℃, 1600℃, 1700℃. The nitride products were studied by X-ray diffraction (XRD). It indicated that the phases in sample nitride in 1400 ℃, 1500 ℃ were α-Si3N4, Si and FeSi2.Differently, the phases in sample nitride at 1400 ℃, 1500 ℃ were α-Si3N4, β-Si3N4 and Fe3Si.It was observed by SEM that α-Si3N4 was like needle; β-Si3N4 was like long columnar；Fe3Si presented in combining phase. Besides, the investigation indicates that the nitride instinct of FeSi75 alloy is the nitridation of Si and ξ phase。

Ferrosilicon nitride diphase ceramics with excellent properties were obtained from FeSi75 alloy powder by nitriding at 1700℃, before which the preparing technique for fine ceramics was adopted. Bend strength of the ceramic is 135.81MPa, the volume density is 2.62g/cm3, and the apparent porosity is 16.38%. It was found by SEM that silicon nitride crystal clusters grew in many pores, whose characters were that α-Si3N4 was needle whit ~0.5μm diameter and ~20μm length; β-Si3N4 was long column with ~2.5μm diameter, 15~20μm length and 6~8 slenderness ratio.Key words：Ferrosilicon alloy; High temperature nitridation; Experimental study; Ferrosilicon nitride; Diphase ceramics目 录1绪论 ………………………………………………………………………………………………11.1硅铁合金概述 …………………………………………………………………………………11.1.1硅铁合金发展简史 ………………………………………………………………………11.1.2硅铁合金的分类与性质 …………………………………………………………………11.1.3硅铁合金的合成 …………………………………………………………………………11.1.4硅铁合金的用途 …………………………………………………………………………61.2氮化硅概述 ……………………………………………………………………………………61.2.1氮化硅的两种晶型 ………………………………………………………………………61.2.2氮化硅粉末的合成方法 …………………………………………………………………81.2.3氮化硅陶瓷的结构、性能、烧结及用途 ………………………………………………81.3氮化硅铁复相陶瓷概述 ………………………………………………………………………121.3.1氮化硅铁的组成与用途 …………………………………………………………………121.3.2氮化硅铁的研究现状 ……………………………………………………………………121.4硅粉氮化工艺及其机理 ………………………………………………………………………131.5选题目的和意义 ………………………………………………………………………………141.6主要研究内容 …………………………………………………………………………………142实验部分 。