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以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(yōu)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(wěn)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?shù)念w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(fā)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(wěn)定性好,是優(yōu)良的高溫工程材料。陶瓷、砂輪行業(yè)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(wěn)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(shù)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。
表1為各種碳化硅質耐火材料的典型性能。