中原地区耐火材料行业专业制造商

集研发、设计、制造、销售、服务于一体

咨询热线:

19903978080

Si3N4结合SiC制品

作者:admin 发布日期: 2019-12-05 二维码分享

Si3N4结合SiC制品是以Si3N4为结合相的Si2N4/SiC复相耐火材料,制品的主晶相为SiC,次晶相为ɑ-Si3N4β-Si3N4,通常含有少量或微量的Si2N2O和游离Si.不同厂家的产品在物相组成上略有差异,见表14-113.在大多数Si3N4结合SiC产品中,结合相Si3N4通常以ɑ-Si3N4为主。Si3N4属六方晶系,一般分为两种晶相:ɑ相和β相。均由[Si3N4]四面体构成。在结构上,β-Si3N4对称性较高,摩尔体积较小,在温度上也是热力学稳定相。ɑ-Si3N4在动力学上较易生成,高温(1400~1800)时,ɑ相会发生重构型相变,不可逆地转变为β相。ɑ-Si3N4呈白色或灰白色疏松羊毛状或针状体,β-Si3N4呈致密的颗粒状多面体或柱状。对于Si3N4结合SiC制品,物相组成差异将影响材料的显微结构和性能。国内外多数Si3N4结合SiC制品中,基质部分通常由较多量的纤维状或针状ɑ-Si3N4、少量粒状或柱状β-Si3N4以及SiC细颗粒组成,Si3N4交织成三维空间网络,SiC颗粒紧密结合。图14-18Si3N4结合SiC试样(取自Sicatec75)断口的SEM照片,孔隙中可见发育良好的纤维状ɑ-Si3N4,局部可见粒状β-Si3N4,这种显微结构是当前Si3N4结合SiC产品中.典型的。



Si3N4结合SiC材料高温机械力学性能优异,抗蠕变性能优异,在荷重0.2MPa条件下,荷重软化开始点大于1800,表12-114为材料高温压蠕变试验结果。


14-19表示Si3N4结合SiC材料抗折强度随温度的变化关系。材料的抗折强度通常随温度升高而提高,至800达到峰值并一直维持至1400,而后随温度升高急剧下降,但1600时仍有约30MPa。目前,国内外多数产品的1400抗折强度高于其常温抗折,有研究者认为,导致这种结果的原因为:


(1)高温氧化钝化了裂纹尖端,降低了气孔率;

(2)高温下应力消除和微裂纹愈合。

Si3N4结合SiC材料的热导率较高,如图14-20所示。随着温度的升高,热导率逐渐降低,高温时仍有较高的热导率。Si3N4结合SiC材料的线膨胀系数小,如图14-21所示。


Si3N4结合SiC制品具有优良的抗碱侵蚀性能。表14-115、表14-116和表14-117为试样在不同实验条件下的抗碱侵蚀试验结果。表14-115采用的试验方法为:将125mm×25mm×25mm条形试样置于坩埚中,用无水K2CO3和焦炭粉(质量比1:1)掩埋,在1300煅烧10h。表14-116的试验方法为:在坩埚中将125mm×25mm×25mm试样用无水K2CO3和焦炭粉(质量比为1:4)掩埋,于1300煅烧5h,反复进行5次。表14-117为依据GB/T 14983-1994方法对Si3N4结合SiC产品抗碱侵蚀的检验结果,试验的侵蚀时间为3h.Si3N4结合SiC材料在不同的碱熔体和蒸气侵蚀条件下,均表现出优良的抗侵蚀能力。


Si3N4结合SiC制品具有较好的抗氧化性能,研究表明,Si3N4结合SiC材料在空气中、水蒸气及不同CO/CO2比值的混合气相中,其高温氧化过程基本上遵循抛物线型氧化规律,前期为化学反应控速阶段,后期为扩散控速阶段。材料在高温氧化性气氛中使用时,表面将形成致密的SiO2保护层,有利于防止进一步氧化蚀损,表现为保护性氧化。

14-118为试样在空气中1100℃、100h抗氧化试验效果,试样氧化后,质量变化小,强度变化不大,表现出优良的抗氧化性。图14-22为50mm×25mm×25mm试样在空气中1350分别保温20h40h60h氧化试验结果,随着氧化时间的增加,氧化增重趋于缓慢,呈现出保护性氧化特征。图14-2333mm×33mm×33mm试样在空气中950保温0~100h的氧化试验结果,氧化增重与时间呈近似抛物线型变化关系,.终氧化增重较小。


研究表明,Si3N4结合SiC制品抗CO侵蚀能力优异。表14-119为不同厂家产品抗CO侵蚀的对比试验结果,实验条件为:500℃,200h,通入CO(纯度大于95%)气体,流量为0.5L/min。


Si3N4结合SiC制品抗热震性能优良。采用YB/T 376.1-1995标准检验Si3N4结合SiC制品的抗热震性能,合格的制品抗热震能力一般大于25次,实验结束后,一般仅在试样(标型砖)水冷端面出现网络状裂纹,而高炉高铝砖仅3~5次即崩裂。因实际产品的规格多种多样,抗热震性检验通常采用如下的水冷热震方法:将30mm×30mm×30mm试样迅速置入1200的电炉中,保温30min后立即投入水槽中冷却5min,取出后再空冷15min,反复进行,观察试样裂纹出现和剥落情况。对于质量合格的Si3N4结合SiC制品,25次热震循环后,试样出现裂纹,但一般不会出现剥落。表14-120为不同产地的Si3N4结合SiC制品强制风冷热震实验结果,试验方法为:将125mm×25mm×25mm试样(从砖上切取)迅速置入1200的电炉中,保温30min后立即投入水槽中冷却5min,取出后再空冷15min,反复进行,观察试样裂纹出现和剥落情况。对于质量合格的Si3N4结合SiC制品,经25次热震循环后,试样出现裂纹,但一般不会出现剥落。表14-120为不同产地的Si3N4结合SiC制品强制风冷热震试验结果,试验方法为:将125mm×25mm×25mm试样(从砖上切取)迅速置入1350电炉中,保温15min迅速取出强制风冷至室温,反复5次。试样经较为苛刻的热震后,抗折强度保持率均在70%以上,表现出其他常规耐火材料无法比拟的抗热震性能。


Si3N4结合SiC材料具有优良的抗渣侵蚀性能。在这方面的研究中,材料抗高炉渣侵蚀的研究较多。表14-121为试样抗高钛高炉渣的侵蚀试验结果。试验方法为:将125mm×25mm×25mm试样置于坩埚中,用高钛高炉渣粉掩埋,在电炉中于1450保温5h。试验结束后,高炉高铝砖已完全熔入渣液中,而Si3N4结合SiC砖外形完好,侵蚀不明显,抗渣侵蚀能力明显优于前者。

14-122Si3N4结合SiC砖采用GB/T 8931-1988标准方法的回转抗渣侵蚀实验结果,Si3N4结合SiC砖(Sicatec75砖)表现出优良的抗高炉渣侵蚀性能。



Si3N4Si2N2OSialon结合SiC材料均具有优良的抗冰晶石侵蚀性能,其中Si3N4结合SiC抗侵蚀能力.好,Si3N4结合SiC抗电解质渗透性也明显优于Si2N2OSialon结合SiC材料。对于Si3N4结合SiC材料,通常材料的显气孔率越低,抗冰晶石侵蚀性能越好。

Si3N4结合SiCZnO侵蚀能力优良。表14-123为试样抗ZnO侵蚀的试验结果。试验方法为:将125mm×25mm×25mm试样在水蒸气气氛中1200℃,100h预先氧化处理。将高炉灰(Fe2O385.36,SiO26.59Al2O3 3.70,CaO2.02,MgO 0.71,ZnO 0.65,MnO 0.33,SO3 0.46,P2O5 0.18)与工业ZnO细粉调配成ZnO浓度分别为10%15%20%的炉灰。将氧化处理后的试样置于匣钵中,分别用不同ZnO浓度的高炉灰掩埋,再用同样ZnO浓度的石墨粉覆盖,匣钵用盖板和火泥密封,在电炉中1500煅烧20h,试样经水洗、干燥后,测试其质量和强度。试样侵蚀后,外形尺寸几乎没有变化,质量变化很小,强度有少量增加,表现出优良的抗ZnO侵蚀性能。


目前,我国Si3N4结合SiC制品生产技术已很成熟,国内Si3N4结合SiC产品技术理化性能指标已属国际**水平,见表14-124。表中的精细Si3N4结合SiC产品可认为是一种结构陶瓷材料,通常采用高纯度的SiCSi粉为原料,真空或压力注浆成型坯体,氮化反应烧结而成,主要用于制作中空横梁等产品,特别适合1450℃以下、高载荷条件下使用,其性价比优于重结晶SiC产品,但目前用量不大。


美国、日本和欧洲的研究认为:高炉耐火材料侵蚀的原因有碱侵蚀(40%);CO.Zn.SiO与水蒸气的氧化(20%)作用;磨损(10%);导热性差(10%);热震(15%);渣侵蚀(5%)。对于上述诸多侵蚀因素,Si3N4,结合SiC材料具有优良的抗侵蚀能力,是高炉内衬的理想用材。国外在20世纪70年代开始在高炉上使用SiC,70年代末至80年代初期,主要使用α-SiC结合SiC砖。80 年代后期,除日本外,β-SiC结合SiC砖用量逐年减少,仅占20%Si3N4结合.Sialon/ Si3N4结合SiC砖用量逐年增加。据统计,1982~ 1990年,全世界高炉每年需SiC砖约1t,其中85%Si3N4结合SiC砖。现在,国内外大型高炉已普遍使用了Si3N4结合SiC制品,高炉一代寿命已延长到10年或15年以上,Si3N4结合SiC材料已成为当今大型高炉..的高级内衬材料。.近几年,我国钢铁行业发展很快,新建大型高炉和高炉大修扩容引人注目,这些新修建的高炉中部内衬或冷却壁镶砖都使用了Si3N4结合SiC砖,今后相当长时间内,高炉用SiC砖仍将以Si3N4结合SiC制品为主。

Si3N4, 结合SiC制品是新一代侣电解槽内衬用高性能耐火材料,已成为目前铝电解槽更新换代的..材料。国外20世纪80年代中期开始在铝电解槽内衬应用SiC制品,电解槽寿命有了明显提高,取得了显著的经济效益,目前应用很普遍。我国.近几年,电解铝产量增长很快,Si3N4结合SiC材料已逐渐被众多铝业公司认可,其用量逐年增加,已成为国内铝电解槽的..材料。铝电解槽内衬使用Si3N4 结合SiC制品主要具有以下优点:

 (1)降低槽水平电流,增加侧部散热,降低槽温,提高电流效率,降低直流电耗,起节能降耗作用;

(2)延长了电解槽使用寿命。Si3N4结合碳化硅砖良好的导热性,抗冰晶石侵蚀性、抗氧化性及耐冲刷性好,使用时能在工作面上形成较厚稳定的保护性炉帮,从而有效地延长了电解槽使用寿命。表14-125为国内某铝厂的实验统计结果,Si3N4结合SiC材料比普通炭块有明显的优势。据统计,国内外铝电解槽年需Si3N4结合SiC制品约2.5~3t,铝电解槽用Si3N4结合SIC制品有着广阔的市场前景。

在线留言

联系我们

地址:新密市袁庄乡工业园区

联系人:陈先生

手机:19903978080 (同微信)

电话:0371-69987777

邮箱:15890001686@163.com

关注我们

二维码

扫一扫关注我们

Copyright © 郑州市才华窑炉砌筑安装有限公司 版权所有    备案号:豫ICP备19014384号-1   网站地图  RSS   XML    技术支持:  万家灯火