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氧化物结合碳化硅制品

作者:admin 发布日期: 2019-12-03 二维码分享

碳化硅(SiC)制品是以工业SiC为原料经烧制而成的一种以SiC为主要成分的高级耐火材料。它具有常温和高温强度高、热导率大、线膨胀系数小、抗热震性好、高温耐磨性优良、抗化学侵蚀性强等一系列优异性能,已广泛地用于钢铁、有色冶金、化学、电力、陶瓷和航空航天等工业领域。随着人们对SiC质耐火材料应用研究的深入和生产水平的提高,其需求量逐年增加,应用领域不断扩大。

SiC质制品可按SiC含量、结合剂种类和加入量来分类,材料的性能在很大程度上取决于材料中SiC颗粒间的结合状况,故通常按结合相种类对SiC制品进行分类,根据结合相的不同,SiC制品可分为:

1)氧化物结合SiC:Al2O3-SiO2系硅酸盐为结合相,包括黏土结合、莫来石结合和SiO2结合SiO2

2)氮化物结合SiC:结合相为Si3N4Si2N2OSialon等共价键化合物。

3)自结合SiC:包括β-SiC结合SiC和重结晶SiC.

4)渗硅反应烧结SiC:SiC和游离Si组成的一种SiC质工程陶瓷材料。

此外,通常将SiC含量在50%以下的耐火制品称为半SiC质制品,半SiC质制品包括熟料SiC制品、高铝SiC制品、锆英石SiC制品、莫来石SiC制品和刚玉SiC制品等。

氧化物结合碳化硅制品的结合相矿物组成主要为石英、莫来石和硅酸盐玻璃相,根据结合相物相组成上的差异,相应地将氧化物结合SiC制品分类为SiO2结合、莫来石结合和黏土结合3种。这类碳化硅制品的生产工艺流程如图14-16所示。


这类制品出现于20世纪40~50年代,SiC质含量一般为50%~90%。结合相原料以结合黏土为主,通常还加入硅线石、红柱石,蓝晶石等矿物细粉原料,烧成温度为1350~1450℃,可与黏土质耐火材料一起烧成。结合相原料种类和含量将影响制品的性能,随着黏土含量的增加,材料的抗氧化性提高,但导热性、荷重变形温度、抗热震性和高温强度等下降。物相分析表明,黏土结合SiC材料的结合相由石英、莫来石和硅铝酸盐玻璃相组成。黏土和硅酸铝质矿物原料中,不同程度地存在着R2OROFe2O3等杂质,它们在高温烧成过程中将进入玻璃相中,这将严重影响材料的高温性能。由于玻璃相含量较多,这类制品高温性能较差。

黏土结合SiC制品主要用作各种工业窑炉的隔焰板、陶瓷窑具(棚板、立柱、匣钵等)。国外20世纪40~50年代开始应用此类窑具,我国开发研究始于60年代。在黏土结合SiC窑具材料中,由于SiC材料所具备的优异性能遭到黏土结合相的破坏,材料高温性能较差,窑具本身厚度和重量偏大,产品装填比例低,烧成能耗高,造成了SiC资源和能源的浪费,现在已经基本不生产和使用这类耐火制品。

莫来石结合碳化硅制品

这类制品是在黏土结合SiC基础上发展起来的一类更高级的SiC制品。结合相原料通常选用纯度较高的Al2O3SiO2微粉或细粉,有时添加少量的硅线石、红柱石和蓝晶石细粉,结合相组成以莫来石为主,玻璃相含量较低。莫来石结合SiC中,SiC含量一般为65%~85%,烧成温度通常为1350~1500℃。莫来石结合SiC制品使用性能明显优于黏土结合SiC,目前在陶瓷、有色冶金、机械等行业仍在使用。

SiO2结合SiC材料结合相由α-鳞石英、α-方石英和少量富硅玻璃相组成。结合相原料选用纯度较高的定形或不定形SiO2微粉或细粉,配料中通常还加入少量MnO2V2O5等矿化剂,烧成温度为1350~1500℃。SiO2结合SiC材料高温性能明显优于黏土结合SiC,高温抗折强度比莫来石结合SiC高,这类制品主要用于窑具产品。

我国于1987年前后开始研究SiO2结合SiC窑具并投入批量生产,但使用效果不甚理想。中国台湾的SiO2结合SiC产品多年来一直处于国际先进水平,生产的产品在国内、欧洲、日本等地大量使用,现在中国台湾厂商已在祖国大陆投资建厂。.近几年,国内SiO2结合SiC窑具制品在生产技术上有了较大的突破,部分厂家的产品已达到或接近中国台湾产品,并有产品出口。

各种氧化物结合SiC制品性能见表14-110.氧化物结合SiC中,当前使用量.多、技术难度.高的是SiO2结合SiC窑具产品,特别是较大面积的薄型棚板,其技术含量高、产品附加值大。目前,SiO2结合SiC制品是SiC质窑具产品中用量.多的产品。


现在,我国是世界上SiO2结合SiC制品.大生产国,也是该产品用量.大的国家。随着人们对能源和生产成本的重视,黏土结合和低档的莫来石结合SiC制品将逐渐淘汰,高品质的氧化物结合SiC,特别是高品质的SiO2结合SiC制品仍将具有很好的发展前景。 

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