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      碳化硅磚標準與理化指標

      文章出處:正耐實業耐火磚廠家 /?發表時間:2019-07-11



      不同的結合相將碳化硅結合在一起即制成不同種類的碳化硅耐火材料。常見的結合形式有:粘土結合、氧化物結合、莫來石結合、氮化硅(Si3N4)結合、重結晶(R-SiC)和反應燒結滲硅等。碳化硅質耐火材料的性質取決于結合相。
       
      ①粘土結合碳化硅制品(Clay-SiC)
       
      是最普通的碳化硅質耐火材料。它是將10%~40%結合粘土與碳化硅顆粒一起配料,壓制或搗打成型后在一般窯爐中燒成即可。鋅冶煉爐、陶瓷窯爐的馬弗板等使用Clay-SiC。
       
      ②氧化物結合碳化硅制品(SiO2-SiC)
       
      實際上多是以SiO2為結合相。它是將5%~10%的SiO2微粉或石英細粉與SiC顆粒共同配料,有時需加助熔劑,壓制成型后在一般窯爐中燒成。其特點是在燒成與使用過程中SiO2膜包裹在SiC顆粒上,抗氧化性大大優于Clay-SiC,高溫強度也很高。此種產品廣泛用做燒制瓷器(>1300℃)的窯爐棚板,壽命比Clay-SiC提高一倍以上。
       
      ③莫來石結合碳化硅制品(Mullite-SiC)
       
      將α-Al2O3微粉和SiO2微粉加入到SiC的配料中,壓制成型,在燒結過程中Al2O3與SiO2結合成莫來石;使用過程中,SiC氧化而成的SiO2也部分與Al2O3形成莫來石。此種材料熱震穩定性好,廣泛用于制造瓷器用匣缽、棚板。
       
      ④氮化硅結合碳化硅制品(Si3N4-SiC)
       
      將金屬硅粉與SiC砂一起配料,成型后在氮氣保護下燒成,Si與N2反應形成Si3N4從而將SiC結合起來。此種材料廣泛用于制造高爐用碳化硅磚、耐火窯具等。
       
      ⑤重結晶碳化硅制品(R-SiC)
       
      以α-SiC為原料,通過適當的顆粒級配并加入有效的表面活性劑制成α-SiC料漿,澆注成型后(也有壓制成型)在Ar氣氛或真空燒結爐中于2000℃以上的高溫下燒結,SiC蒸發并在SiC顆粒接合部凝聚再結晶從而將SiC顆粒結合起來。其高溫強度高,抗氧化能力強,熱震穩定性好,是優良的高溫工程材料。陶瓷、砂輪行業的窯爐使用R-SiC橫梁來搭建窯車,可使用至1600℃。
       
      ⑥反應燒結滲硅碳化硅制品(SiSiC)
       
      用α-SiC和石墨粉按比例混合后壓制或真空擠出成型,加熱到1650℃左右,通過液相或氣相將Si滲入坯體,使之與石墨起反應生成β-SiC,把α-SiC顆粒結合起來,達到致密化。該材料的特點:a.沒有開口氣孔,使用時O2無法滲入到材料內部,因而具有極強的抗氧化和抗腐蝕能力;b.高溫下的抗折強度是R-SiC的兩倍,承載能力大幅度提高:c.非常良好的導熱能力和耐磨性能:d.直至使用溫度極限(1350℃),其體積穩定性都很好;e.由于滲入10%~20%的Si,其最高工作溫度不超過1350%~1380℃,比R-SiC低;f.使用壽命是Si-SiC的2~3倍。這種材料的使用溫度能滿足大多數陶瓷和砂輪燒成的需求,己成為新一代的窯具材料,大有取代Si3N4-SiC和R-SiC窯具的趨勢。
       
      碳化硅制品定義各種各樣,它是用碳化硅材料,根據各種工藝,制作而成。碳化硅制品可以分為很多類。
       
      1、Si3N4-SiC磚
       
      Si3N4-SiC磚是用SiC和Si粉為原料,經氮化后燒成的耐火制品。SiC、Si3N4都是共價鍵化合物,燒結非常困難。在多級配的SiC顆粒和細粉中,加入磨細的工業硅粉,Si與N2在高溫下進行2N2+3Si→Si3N4反應燒結。反應時生成的Si3N4與SiC顆粒緊密結合而形成以Si3N4為結合相的碳化硅磚。研究發現,大多數Si3N+結合相為針狀或纖維狀結構,存在于SiC顆粒周圍或SiC顆粒的孔隙處,Si3N4呈縱橫交錯的結構與SiC顆粒緊密結合,使之具有很高的常溫和高溫強度。
       
      2、Sialon-SiC磚
      在1700℃時,在Si3N4-Al4N4-Al4O6-Si3O6所構成的正方形相圖中,有以Si3N4為起點向4/3(Al2O3,A1N)延伸,組成在相當大范圍內變化的β-Sialon相,有以Si2N2為起點大體向X相方向延伸,組成在較小范圍內變化的O-Sialon相。在Si3N4-SiC制品的生產過程中,加入適量加入物,使氧進入Si3N4晶格,生成一定數量的β-Sialon固熔體相,從而可以制造出Sialon-SiC磚
       
      3、自結合SiC磚
      在工業α-SiC原料中加入工業硅和碳,在高溫還原氣氛下發生Si(s)+C→SiC(s)的反應,生成β-SiC,與原生高溫型α-SiC顆粒結合,制出自結合SiC材料,使制品具有良好的性能。表3為我國生產的SiC質耐火制品與國外的SiC質耐火制品的理化指標,與國外同類產品相比,我國生產的SiC質耐火制品各方面指標均達到了國外同類產品的水平。
       
      碳化硅制品的種類和用途:
      1.有色金屬冶煉工業應用
       
      利用碳化硅具有耐高溫,強度大,導熱性能良好,抗沖擊,作高溫間接加熱材料,如堅灌蒸餾爐。精餾爐塔盤,鋁電解槽,銅熔化爐內襯,鋅粉爐用弧型板,熱電偶保護管等等。
       
      2.鋼鐵行業方面應用
       
      利用碳化硅的耐腐蝕,抗熱沖擊耐磨損。導熱好的特點,用于大型高爐內襯提高了使用壽命。利用其導熱系數,熱輻射,高熱強度大的特性,制造薄板窯具,不僅能減少窯具容量,還提高了窯爐的裝容量和產品質量,縮短了生產周期,是陶瓷釉面烘燒燒結理想的間接材料。
       
       
       
      3.冶金選礦行業的應用
       
      碳化硅硬度僅次于金剛石,具有較強的耐磨性能,是耐磨管道、葉輪、泵室、旋流器、礦斗內襯的理想材料,具耐磨性能是鑄鐵,橡膠使用壽命的5-20倍,也是航空飛行跑道的理想材料之一。
       
      建筑陶瓷,砂輪工業方面的應用利用其導熱系數。熱輻射,高熱強度大的特性,制造薄板窯具,不僅能減少窯具容量,還提高了窯爐的裝容量和產品質量,縮短了生產周期,是陶瓷釉面烘燒燒結理想的間接材料。

      理化指標:

       

      項目

      氧化物結合碳化硅轉

       

      剛玉碳化硅磚

       

      莫來石碳化硅磚

       

      硅莫磚

      SiC%

      90

      70

      65

      20

      Al2O3%

      20

      ≥65

      體積密度g/cm3

      2.6

      2.7

      2.3

      2.55

      顯氣孔率%

      17

      22

      20

      ≤19

      常溫耐壓強度mpa

      100

      100

      80

      80

      荷重軟化開始溫度℃(0.2mpa ,0.6%

      1650

      1700

      1600

      1600

      導熱系數(1000℃),w/(m·k)

      10-15

      6

       



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