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氮化硅结合碳化硅砖生产工艺及应用介绍

编辑:耐火砖   浏览:   时间:2021-10-09


 
氮化硅结合碳化硅砖是使用碳化硅、硅粉另加结合剂成型后,在1350~1450℃经氮化烧结成的耐火砖制品。氮化硅结合碳化硅砖的英文名称为silcon nitride bended silicon carbide brick,分子表达式为si3N4-SiC。该产品的特点是:Si2N4以针状或纤维状结晶存在于SiC之间,具有良好的耐碱侵蚀性、抗熔融冰晶石润湿性、抗氧化性、耐磨性、高导热性、抗热震性和极低的导电性。氮化硅结合碳化硅砖的多项性能,特别是高导热性能、低导电率、抗氧化性等,符合大型铝电解槽技术对侧部内衬材料的使用要求。
用氮化硅制取耐火砖。通常在于用细颗粒硅制粗坯氮化,是采用反应烧结法。反应烧结的好处是烧成体积不变(烧成时耐火砖尺寸整个变化约0.1%)。硅制粗坯用各种方法成型:在钢制砖模中压制,等静压,热塑泥料拉拔,水的泥浆浇注。要在氮或氨介质中经过两个阶段氮化。阶段低于硅溶化温度100~250℃,在这个温度下,硅质点蒙上氮化物薄膜,同时形成Si3N4纤维。阶段耐火砖具有足够的强度和结合能力,避免第二阶段(高于硅的熔化温度)耐火砖变形。第二阶段烧成温度为1480~1600℃。
用这种方法制造的耐火砖的气孔率为18%~28%。
采用3%到8%添加物压力烧结制取的耐火砖,接近理论密度,例如MgO添加物的作用归结为形成液相。氮化硅耐火砖强度和其他机械性质明显取决于耐火砖的生产工艺。20℃时的抗折强度达到5(.6~7.0)×10MPa。Si3N4耐火砖在高温下非常稳定。超过1000℃,任何一种材料经受不住的快速热冷交替次数,作为Si3N4当时热冷交替800次后没有破坏(当时熔融石英发生脱玻作用)。氮化硅具有很高的化学稳定性。对熔融的酸它比石英更稳定。可是它对强碱不稳定。Si3N4耐火砖不被A1,Pb,Sn,Zn,Mg这些金属的熔体破坏和不润湿,然而被铜熔体强烈地破坏(1150℃)。
热压法生产氮化硅
将硅粉于氮化炉中氮化,得到氮化硅,进行粉碎,作为热压用原料。为提高氮化硅粉的纯度,可先氮化一次,然后粉碎净化处理。再氮化一次,细磨,用于热压制品。将5%左右MgO、镁的化合物或Y2O3等添加剂加入氮化硅粉中,以酒精作介质,于球磨中充分湿混。热压模为石墨质的,模内壁上涂一层氮化硼粉,将氮化硅混合料装入,于17501850℃,压力2550MPa的感应加热或辐射加热的热压炉中热压烧结。该法制得制品密度、强度高,体积密度在3.123.20g/cm3。
氮化硅制品的应用
氮化硅制品基本不受硝酸、硫酸、盐酸以及王水、碱液的侵蚀,也不受铝、铅,锌、锡、金、银、黄铜、镍等熔融金属的腐蚀,目前已应用于:
(1) 硫酸工业沸腾炉净化系统,如文丘里衬套;
(2) 酸泵瓷轴、磁力泵、高压缓流泵、冷冻压缩机密封环;
(3) 用于轻金属冶炼、熔化等工艺的测温热电偶套管;
(4) 应用于选厂水力旋流器的沉砂口;
(5) 用于要求耐高温、耐磨、抗热震的炉衬耐火材料和各种零部件。
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