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氮化物结合碳化硅制品

作者:admin 发布日期: 2019-12-04 二维码分享

氮化物结合碳化硅制品是以Si3N4SialonSi2N2OAlN等单相或复相氮化物为结合相的SiC质高级耐火材料。目前,Si3N4结合、Sialon结合,Si2N2O结合以及Si3N4/SialonSi3N4/Si2N2O等复相结合SiC制品均已获得工业应用。

1955年,美国Carborundum公司在氧化物结合SiC基础上首先研制成功Si3N4结合SiC材料。20世纪60年代初,国外又开发成功Si2N2O结合SiC材料,80年代又开发成功Sialon/Si3N4Sialon结合SiC耐火材料。我国开展氮化物结合SiC研究工作始于1984年,先后由原冶金部钢铁研究总院和洛阳耐火材料研究院首先研制成功Si3N4结合SiC制品,分别用于高炉炉身下部和风口套。1985年,我国自主研制生产的Si3N4结合SiC砖..应用于鞍钢6号高炉并获得成功。1986年,洛阳耐火材料研究院研制的风口套砖在宝钢1号高炉与日本产品进行了对比实验,其综合性能优于进口产品,并开始取代进口产品。1990年,洛阳耐火材料研究院在国内首先研制成功高炉用Sialon结合SiC砖,用于鞍钢4号高炉获得成功。至1992年,我国已建成了多条Si3N4结合SiC制品生产线,全国具备了年产3300tSi3N4结合SiC制品的生产能力。经过20多年的研究和发展,我国已成为目前世界上Si3N4结合SiC产品的主要生产国,Si3N4SialonSi2N2O)结合SiC制品年生产能力估计在3.5t 以上。中钢集团洛阳耐火材料研究院已建成年产1.5t Si3N4SialonSi2N2O)结合SiC制品生产线,生产能力和规模居亚洲首位,Si3N4结合SiC制品Sicatec75的质量和水平居国际**水平。目前,世界铝电解槽用Si3N4结合SiC制品中,Sicatec75占有40%的市场份额。

Si3N4SialonSi2N2O等共价键化合物均是性能优异的工程陶瓷材料,这些人工合成材料需在高温惰性或中性气氛条件下才能烧结良好。目前,以Si3N4SialonSi2N2O合成原料直接作为结合相原料,制备生产氮化物结合SiC耐火材料因生产成本高而未能得到实际推广应用,氮化物结合SiC制品现在基本上都是采用反应烧结方法制备的。其工艺原理是:在一定粒度组成的工业SiC物料中,分别加入一定量的Si粉、Si粉和SiO2细粉或Si粉、Al2O3细粉及加入物,经混练、成型后,在高纯N2气氛中于1400~1600进行反应烧结。在烧结过程中,将发生以下化学反应:

3Si+2N2Si3N4

3Si+SiO2+2N22Si2N2O

Si3N4+SiO22Si2N2O

(6-Z)Si3N4+Z(Al2O3+AlN)3Si6-zAlzOzN8-z

反应生成的Si3N4Si2N2OSialonSiC颗粒牢固结合,赋予制品种种优良性能。其生产工艺流程如图14-17所示。


氮化物结合SiC制品秉承了氮化物和SiC材料的许多优异性能,具有高温强度高,热导率大,线膨胀系数小,抗热震性好,抗碱侵蚀性好,抗氧化性好,抗锌铝铜铅等熔融液侵蚀能力强和高温耐磨性好等种种优良性能,在钢铁、有色冶金、陶瓷等行业获得了广泛应用。因结合相Si3N4Si2N2OSialon状况不同,各种氮化物结合SiC材料在显微结构和性能方面存在一定差异,实际使用时可根据实际条件合理选择匹配。

Si3N4结合SiC制品是当前氮化物结合SiC材料中用量.多的产品,主要用作高炉中部(炉身下部、炉腰和炉腹)内衬、铝电解槽内衬和各种工业窑炉的窑具等。Sialon结合SiC主要用作高炉炉腰或炉腹内衬。Si2N2O结合SiC过去曾用作高炉内衬,但用量少,目前高炉基本上不再选用Si2N2O结合SiC砖,Si2N2O结合SiC主要用作陶瓷窑具。当前,Sialon结合SiCSi2N2O结合SiC砖用量将会增加,Si2N2O结合SiC的窑具产品用量也将增加。

鉴于氮化物结合SiC制品用量的快速增长和生产技术的进步,我国耐火材料标准化技术委员会修订通过了新的《氮化硅结合碳化硅砖》行业标准,新制定和通过了《赛隆结合耐火制品》行业标准(YB/T1427-2005,这两个新标准已发布实施,新标准对产品理化性能指标要求见表14-11、表14-12.


对高炉、铝电解槽内衬、窑具用以及其他工业用氮化物结合SiC材料,国内外在材料性能、生产技术和应用技术等方面进行了大量的研究,为氮化物结合SiC材料的应用和发展奠定了良好基础。

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