Свойства карбида кремния
Карбид кремния (SiC), также известный как карборундовый песок, редко встречается в природе и широко используется в качестве синтетического сырья в промышленности. Он приобретает превосходные свойства термостойкости и износостойкости. Он имеет две кристаллические формы: низкотемпературную морфологию β-SiC, принадлежащую кубической структуре, и высокотемпературную форму α-SiC, принадлежащую гексагональной структуре. Карбид кремния бывает двух типов по цвету: карбид кремния зеленый и карбид кремния черный.
Его истинная плотность составляет 3,21 г/см3, а температура разложения (сублимации) составляет 2600 ℃.
Это твердый материал с твердостью по шкале Мооса 9,2.
Коэффициент теплового расширения SiC незначителен, а средний коэффициент теплового расширения SiC составляет 4,4 в диапазоне 25 ℃ ~ 1400 ℃ × 10-6/℃.
Производительность карбида кремния
Карбид кремния обладает высокой теплопроводностью (58,6 Вт/м·К). Обычно чем выше содержание SiC, тем ниже температура и выше теплопроводность. Низкий коэффициент теплового расширения и высокая теплопроводность могут обеспечить хорошую термостойкость огнеупорных материалов SiC.
При низких температурах химические свойства карбида кремния относительно стабильны, обладают превосходной стойкостью к износу и коррозии. Он также устойчив к коррозии в кипящей соляной, серной и плавиковой кислоте. Однако при высоких температурах он может реагировать с некоторыми металлами, солями и газами. Карбид кремния остается стабильным в восстановительной атмосфере до 2600 ℃, но окисление происходит в высокотемпературной окислительной атмосфере:
SiC+2O2 → SiO2+CO2
Кроме того, материал карбида кремния не является оксидом с прочной ковалентной связью и плохой способностью к спеканию с оксидами.
SiC широко используется в качестве добавки для улучшения свойств материала, особенно шлакостойкости и термостойкости, благодаря таким его преимуществам, как низкий коэффициент теплового расширения, высокая теплопроводность, высокая жаропрочность, хорошая шлакостойкость и способность формовать защитное окисление.
Материал карбида кремния.
Карбид кремния (SiC) в фасонных огнеупорных материалах
В фасонных огнеупорных материалах карбид кремния может использоваться в качестве основного компонента для изготовления изделий из SiC или в качестве добавки для изготовления изделий из полукарбида кремния.
Огнеупорный материал SiC относится к типу современного огнеупорного материала с SiC в качестве основного компонента, который получают из промышленного SiC в качестве сырья, также известного как продукты SiC. Продукты SiC можно классифицировать по содержанию SiC, типу связующего и количеству добавок. Характеристики материалов во многом зависят от условий связи между частицами SiC в материале. Поэтому продукты SiC обычно классифицируются по типу связующей фазы. В зависимости от различных фаз связующего существуют керамики из карбида кремния, такие как SiC с оксидной связью, SiC с нитридной связью, самосвязанный SiC, спеченный SiC в результате реакции инфильтрации кремния и т. Д. Огнеупорные изделия Semi-SiC — это те, которые содержат карбид кремния в качестве вторичного компонента
. или вспомогательный компонент. В зависимости от различных материалов существуют продукты из глиняного клинкера SiC, продукты с высоким содержанием карбида оксида алюминия и продукты из корунда SiC. Благодаря наличию в этих изделиях карбида кремния значительно улучшаются их термостойкость, теплопроводность и прочность.
Добавление небольшого количества карбида кремния в изделия из глиняного клинкера SiC оказывает существенное влияние на улучшение термостойкости изделий. По мере увеличения содержания мелкого порошка SiC в ингредиентах термостойкость продуктов постепенно улучшается. Добавление соответствующего количества SiC (наиболее подходящее количество — 30%) к продуктам с высоким содержанием алюминия SiC и добавление соответствующего количества фосфорной кислоты позволяет получить продукты с высокой термостойкостью, хорошей теплопроводностью и высокой прочностью. Добавление небольшого количества мелкодисперсного порошка SiC в корундовые изделия из SiC позволяет значительно улучшить их термостойкость. По мере увеличения количества мелкодисперсного порошка SiC устойчивость к термическому удару регулярно увеличивается. Например, при использовании коричневого корунда в качестве заполнителя, добавлении 10% мелкого порошка SiC, использовании фосфорной кислоты в качестве связующего, формовке под высоким давлением и термообработке при 1450 ℃ для производства кирпичей направляющих для нагревательных печей для прокатки стали, эффект от применения составляет хороший.
Карбид кремния (SiC) в аморфных огнеупорных материалах
В аморфных огнеупорных материалах карбид кремния может использоваться в качестве основного компонента для изготовления отливок на основе SiC. Он действует как добавка для улучшения характеристик других отливок, особенно с точки зрения стойкости к шлаку и термостойкости. Исследования по улучшению свойств отливок с помощью SiC в основном сосредоточены на таких аспектах, как отливки из корунда и отливки с высоким содержанием глинозема.
Наиболее распространенное применение SiC в аморфных огнеупорных материалах — это рабочая футеровка выпускного канала доменной печи, которая имеет более чем 20-летнюю историю и имеет хорошие эксплуатационные характеристики. В настоящее время литой материал Al2O3-SiC-C широко используется в крупных доменных печах как внутри страны, так и за рубежом, что значительно продлевает срок службы железного канала. Кроме того, аморфные огнеупорные материалы, содержащие SiC, широко используются в черной металлургии в качестве футеровок для предварительной обработки чугуна, вагранок и индукционных печей; Облицовка боковой стенки камеры сгорания и защитная обшивка котельной трубы мусоросжигательного завода; Футеровка подогревателя цементной печи в цементной промышленности; Футеровка циклонного сепаратора тепловых электростанций, камера сгорания, футеровка и высокотемпературный сепаратор котлов с циркулирующим кипящим слоем; Доски для обжига печей, а также розетки из кремния и алюминия в керамической промышленности.
Таким образом, добавление SiC может улучшить жаропрочность и термостойкость отливок на основе Al2O3-SiO2. Однако об исследованиях устойчивости SiC к коррозии свинцового шлака пока не сообщалось.
Но SiC термодинамически легко вступает в реакцию с кислородом воздуха. В практических применениях, особенно при высоких температурах, низком давлении кислорода и долговременных воздействиях, скорость окисления SiC очень высока.
Путем исследования микроструктуры слоя высокотемпературного окисления на поверхности SiC было обнаружено, что слой окисления, созданный материалами SiC в диапазоне 1040 ~ 1560 ℃, имеет следующие характеристики по стойкости к высокотемпературному окислению:
1) Ниже 1360 ℃ слой окисления, образующийся на поверхности частиц SiC, очень тонкий. Существенных изменений микроструктуры нет. Устойчивость к окислению хорошая и находится на стабильной стадии устойчивости к окислению.
2) Когда температура превышает 1360 ℃, толщина оксидного слоя на поверхности SiC значительно увеличивается с повышением температуры. Образующийся оксидный слой имеет множество пор. Однако благодаря постепенному увеличению оксидного слоя SiC по-прежнему проявляет достаточно высокие антиоксидантные свойства. Этот процесс является переходным этапом.
3) При температуре выше 1520 ℃ толщина оксидного слоя увеличивается, а внешняя поверхность становится относительно плоской. Однако SiO2 в расплавленном состоянии обладает сильной текучестью, что делает окислительный слой по краям и углам частиц SiC тоньше. Газ реакции окисления SiC склонен улетучиваться и образовывать поры. Это обеспечивает канал для поступления кислорода, ускоряя скорость окисления SiC. Эта стадия представляет собой стадию быстрого окисления.
4) Отсутствует явная переходная зона между слоем SiO2, образующимся на поверхности, и матрицей SiC.
