添加硅的SiC基澆注料的碳化、氮化改性及結(jié)合體系的影響研究河南科技大學(xué)高溫材料研究院2012年8月3日碳化硅和SiC耐火材料高溫結(jié)合相氧化物結(jié)合相粘土二氧化硅莫來(lái)石剛玉非氧化物結(jié)合相氨化硅碳化硅塞?。⊿iAlON）氧氮化硅（Si2N2O)什么是塞?。⊿Ialon)

Sialon:Al2O3固溶到Si3N4晶格中形成的固溶體，包括α-Sialon、β-Sialon、O’-Sialon、X相以及一系列多型體。

合成Sialon的反應(yīng)原理氮化反應(yīng)：3Si+2N2Si3N4

生成Si2N2的反應(yīng)：3Si+SiO2+2N22Si2N2O

生成β-Sialon的反應(yīng)：（6-z）si+z/3Al+z/3Al2O3+（8-z）N2Si6-zAlzOzN8-z

生成O’-Sialon的反應(yīng)：（2-x)Si2N2O+xAl2O32Si2-xAlxO1+xN2-x

其中，0＜z＜4.2；0＜x＜0.2氧氮化硅氧氮化硅是一種優(yōu)良的高溫結(jié)合相，Si2N2O可由Si或SiO2與Si3N4在N2和O2氣氛下或埋炭條件下反應(yīng)生成，方程式為：

2Si+N2+1/2O2Si2N2O3Si+2N2+SiO22Si2N2OSi3N4+SiO22Si2N2O2Si+N2+COSi2N2O非氧化物結(jié)合的碳化硅耐火制品1、氮化硅結(jié)合碳化硅（Si3N4-SiC）：具有良好的物化性能、高溫性能，使用溫度達(dá)1500℃，在磨具、冶金和日用、電子陶瓷等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。2、塞隆結(jié)合碳化硅（SiAlON-SiC）：與Si3N4-SiC磚相比，顯示出更高的抗熔融堿鹽侵蝕和抗鐵水沖刷能力，高溫強(qiáng)度，抗氧化性，熱震穩(wěn)定性能更優(yōu)。3、氮氧化硅結(jié)合碳化硅（Si2N2O-SiC）：

Si2N2O兼有SiO2和Si二者的部分特點(diǎn)，是一種優(yōu)良的高溫結(jié)合相。與Si3N4有相似的性能，但其抗氧化性?xún)?yōu)于后者。碳化硅基澆注料預(yù)制件澆注成形的優(yōu)點(diǎn)：

成形大尺寸，薄壁等異形構(gòu)件；更大的臨界粒度；更均一的組織結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化；生產(chǎn)成本降低。須探明的關(guān)鍵問(wèn)題：結(jié)合體系的適應(yīng)性單質(zhì)硅的反應(yīng)與淡化制品制備工藝的差異氮化程度和效果的評(píng)價(jià)……碳化硅基澆注料預(yù)制件的探索氮化物（Sialon、氧氮化硅）結(jié)合（澆注成形+氮化）：硅粉加入量、粒度的研究淡化熱處理制度的優(yōu)化不同結(jié)合體系的影響性能優(yōu)化碳化硅自結(jié)合（澆注成形+碳化）：不同成形方式（機(jī)壓成形和澆注成形）試樣性能的對(duì)比硅粉加入量及炭化熱處理制度碳化工藝對(duì)制品性能的影響超低水泥結(jié)合臨界粒度5mm，CA水泥量2.5%。試樣的配比（wt%）FormulationofspecimensSpecimenlableSiC-aggregatesandpowdersMS+RA+CAWFASiS5-130076.010.58.55S5-142076.010.58.55S5-150076.010.58.556S7-130076.010.56.57S7-142076.010.56.57S7-150076.010.56.57S9-130076.010.54.59S9-142076.010.54.59S9-150076.010.54.59小結(jié)應(yīng)用“原位耐火材料”的理念，通過(guò)振動(dòng)澆注料成形+高溫氮化的方法得到賦予高冷/熱態(tài)強(qiáng)度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的原位Sialon結(jié)合的碳化硅基耐火制品。隨氮化溫度從1300℃-1500℃和金屬硅的加入量從5-9%的增加，試樣的冷態(tài)和熱態(tài)強(qiáng)度增加。1420℃氮化后，硅含量9%的試樣性能最好，1200℃的熱態(tài)強(qiáng)度達(dá)50MPa以上。但1400℃的HMOR卻降到35MPa以下。不同結(jié)合體系的影響實(shí)驗(yàn)配比wt%S1S2S3SiC顆粒和細(xì)粉71.071.071.0白剛玉粉（-200目）12.012.012.0硅粉（-200目）9.09.09.0二氧化硅微粉+鋁酸鈣水泥（MS+CAC）5.0+3.000二氧化硅微粉+水硬性氧化鋁（MS+HA）05.0+3.00二氧化硅溶膠0010.0加水量（外加）4.54.5-臨界粒度：5mm不同結(jié)合體系對(duì)熱態(tài)抗折強(qiáng)度的影響氮化后各試樣的相組成SiCSialonα-Al2O3SiCAS2α-Si3N4S1＞688-135-10＜11-3-S2＞688-135-10＜1-＜3S3＞6813-1510＜0.5--1-3點(diǎn)的能譜分析結(jié)果及Z值點(diǎn)NOAISiZ-value113.773.7814.6767.591.86224.3420.475.4349.760.57319.0410.504.0766.400.47小結(jié)：1）結(jié)合物引入的CaO所形成的長(zhǎng)石相會(huì)降低熱態(tài)強(qiáng)度；2）結(jié)合體系會(huì)影響氮化物的形貌。硅溶膠結(jié)合的碳化硅基澆注料的氮化改性什么是溶膠？膠體溶液，與溶液的區(qū)別是溶膠的溶質(zhì)分子是許多個(gè)分子聚集在一起形成的小顆粒。常見(jiàn)的如奶牛，墨水，含水原油等都是溶膠。硅溶膠：二氧化硅的膠體微粒分散于水中的膠體液。呈穩(wěn)定的堿性或酸性。分子式可表示為mSiO2·H21O，外觀為乳白色半透明液體。

硅溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)可用下面的化學(xué)式表示：粘合性：當(dāng)硅溶膠水分蒸發(fā)時(shí)，膠體粒子牢固地附著在物體表面，粒子間形成硅氧結(jié)合，是很好的粘合劑。穩(wěn)定性：膠粒為介穩(wěn)相，始終存在自發(fā)聚結(jié)的傾向。影響硅溶膠穩(wěn)定性的因素很多，如：電解質(zhì)、溫度、濃度、PH及粒徑等。使用硅溶膠的優(yōu)點(diǎn)：1）基質(zhì)純凈化；2）促進(jìn)反應(yīng)。須解決的問(wèn)題：選擇何種硅溶膠？如何控制、改進(jìn)澆注料的施工性？第一種酸性硅溶膠的顯微圖（×10000）所選三種硅溶膠的技術(shù)參數(shù)酸性1酸性2堿性PH3.353.110.1NaO2含量（%）＜0.010.0340.49粒徑（nm）175632粘度（mPa.s）2.45.41.8ζ電位（mV）-17.45-15.01-80.29澆注料的配方（wt%）S1S2S3S3S6S7SiC838383838383SiO2微粉888888金屬Si粉999999H2O2.8%1.4%005%1%硅溶膠加入量3%5%7%7%8%7%硅溶膠中SiO2含量及酸堿性30%酸性（1）30%酸性（1）30%酸性（2）40%堿性S1、S2、S3系列：相同的加水量；S3、S6、S7系列：保證190mm以上的流動(dòng)值。施工性能第一種酸性硅溶膠的施工性能相對(duì)最好。試樣烘干后冷態(tài)抗折、耐壓強(qiáng)度（MPa）S1S2S3S6S7CCS13.813.621.813.416.6CMOR3.34.04.52.53.7各組試樣的1200℃和1400℃的熱態(tài)抗折強(qiáng)度各組試樣在1200℃的熱態(tài)抗折強(qiáng)度相差不大，而1400℃時(shí)，各組試樣的熱態(tài)抗折強(qiáng)度變化明顯。S3最好。各種試樣熱震后抗折強(qiáng)度保持率（1100℃，風(fēng)冷一次）CMOR殘余CMOR殘余CMOR（刷涂料）S143.439.551.1S239.540.139.1S34140.727.3S62524.517.4S737.434.125.2不刷涂料的強(qiáng)度保持率較高，而刷涂料的強(qiáng)度保持率則普遍降低。小結(jié)：1）硅溶膠的品質(zhì)對(duì)氮化后碳化硅基澆注料的施工性能有重要的影響，但哪些因素影響及機(jī)理尚待分析。2）納米尺度的二氧化硅可促進(jìn)氮化反應(yīng)，因而形成了更多的氮氧化硅，利于抗氧化性及抗熱震性。