碳化硅耐火材料检测 氮化物耐火材料检测

碳化硅耐火材料检测 氮化物耐火材料检测  

氮化物是在工程陶瓷中研究得比较多的一类非氧化物材料。在这类材料中应用得比较多的有Si3N4、BN、TiN等，它们都是共价键化合物或离子键化合物，具有键强大，硬度大、熔点高、化学性质稳定，耐化学腐蚀等特点。与传统的氧化物陶瓷相比，氮化物陶瓷还具有比较高的韧性。在耐火材料中，目前氮化物的应用主要限于作为结合相与添加剂。

氮化物结合耐火材料是以氮化物为结合相的耐火材料，Zui常见的有氮化物结合相有Si3N4、Si2N2O和赛隆等，以SiC或刚玉等颗粒为骨料。根据结合方式的不同，分为Si3N4结合SiC制品、Sialon结合SiC制品、Sialon结合刚玉制品和Si2N2O结合SiC制品等。

1、氧氮化硅结合碳化硅

Si2N2O与Si3N4的性能较为相似，可以作为高温下SiC的结合相，其抗氧化性比Si3N4要好。氧氮化硅结合碳化硅制品的制备是在氮化炉中完成的，采用的原料为硅粉、二氧化硅和碳化硅，反应后生成的Si2N2O把SiC颗粒结合起来，形成了以Si2N2O为结合相的碳化硅制品，主要发生的反应如下：

SiO2+3Si+2N2→2Si2N2O

反应后的产品其主晶相为SiC，次晶相为Si2N2O，板状的Si2N2O均匀地分散在基质中，以[SiN3O]四面体的形式包裹住SiC颗粒，形成了Si2N2O结合的SiC材料，这种显微结构能够在一定程度上阻碍SiC被氧化为SiO2，抗氧化性能得到提升，Si2N2O-SiC在氧化后的体积密度也在增大。

有研究表明，Si2N2O结合SiC、Si3N4结合SiC等材料在较高的温度下并不与镁、铝等金属熔体直接发生反应，而是其表面的氧化膜与金属熔体之间发生反应，材料表面的氧化物薄膜被金属熔体侵蚀掉后，由于Si3N4、SiC以及Si2N2O对熔体不润湿，材料的抗金属熔体侵蚀性能得到提高。Si2N2O的抗氧化性能优于Si3N4，与金属熔体的反应程度较低，提高了氧氮化硅结合碳化硅材料的抗金属熔体侵蚀性能;材料对熔体的污染降低，有利于控制冶炼金属中的成分。

2、赛隆结合碳化硅

SiC属于难以烧结的共价键材料，工业上生产SiC制品时通常会采用在原料中加入一定量的添加物的办法来获得致密的制品。有研究者在烧结Si3N4的过程中添加了Al2O3添加剂，发现当Al2O3添加过量时形成一种新的物相，这种物相含有Si、Al、O、N四种元素，被称为“赛隆”(Sialon)，实质上其结构是由Al元素O元素固溶到Si3N4中形成的固溶体，当物相中无Al时，即形成氧氮化硅Si2N2O。

与Si3N4结合SiC、Si2N2O结合SiC材料的制备方法类似，Sialon结合SiC制品的制备也可以用反应烧结法，即以单质硅粉、氧化铝粉和不同颗粒级配的SiC为主要原料，在氮气气氛下氮化烧结，通常形成的结合相为β-Sialon。另一种方法是碳热还原氮化叶腊石或者黏土矿物来获得Sialon结合的SiC制品。卜景龙等利用凝胶注模成型技术，再经机械加工，得到了精度很高的制品。Sialon结合碳化硅制品的性能和结构与很多因素有关，如原料中添加剂的含量、Al2O3和Si的比例、烧成温度及保温时间等。

Sialon结合碳化硅制品的显微结构与Si3N4结合SiC具有较大的差异，β-Sialon晶体呈短柱状或条柱状，在三维空间网络上与SiC颗粒紧密结合，而Si3N4结合SiC制品中的Si3N4主要为纤维状晶体，纤维状晶体比表面积大，表面活性较高，其抗渣侵蚀和抗氧化能力不如柱状的β-Sialon晶体。Sialon结合碳化硅制品具有更优异的抗氧化性和抗渣性，作为大型高炉炉腹、炉腰等部位主要用的耐火材料。

3、氮化硅结合碳化硅

在氮化物结合的耐火材料中，应用得比较广泛的一类材料是Si3N4结合SiC材料，与氧氮化硅结合碳化硅制品、赛隆结合碳化硅制品一样，这种材料也是在氮化炉中通过反应烧结法得到的。