SiC的粒度对硅砖性能的影响
发布日期： 2020-03-14 13:53:39 阅读量（369） 作者：刘梓明SiC具有高导热系数(490W/(m·K))，高耐磨性，高硬度等优良性能，本文欲将SiC引入焦炉硅砖中，研究SiC粒度对焦炉硅砖性能的影响。
1、实验方案
本节主要研究SiC的粒度对焦炉硅砖性能的影响，根据第3章确定的颗粒级配结果，3种不同粒度的SiC颗粒分别引入5%，制得1#、2#和3#试样，实验方案见表1。检测试样的体积密度，气孔率，常温耐压强度，导热系数，物相组成和显微结构。
表1实验方案
2、结果与分析
根据表1的实验方案制备加入不同粒度SiC的试样，在1430℃烧成后的体积密度和显气孔率见表1、2。从图中可以观察到：SiC加入量的情况下，加入粒度为≤0.088mm的SiC时，试样的体积密度最大，显气孔率最小。分析认为，小粒度的SiC细粉加入试样中，分散于基质中，提高试样在烧结过程中的活性，1430℃与SiO2形成固相烧结，提高了试样的体积密度，降低了试样的显气孔率。而大颗粒的SiC表面有一层氧化膜，不易与SiO2烧结，在试样内部结合差，试样内部存在不连续相，导致试样内部气孔较多，体积密度差。
图1试样的体积密度 图2试样的显气孔率
根据表1的实验方案制备加入不同粒度SiC的试样，在1430℃烧成后试样的常温耐压强度见图3。由图3可以观察到：随着加入SiC的粒度降低，试样的常温耐压强度逐渐增加。SiC加入粒度为≤0.088mm时，试样的常温耐压强度为40Mpa。由于SiC细粉多处于骨料和细颗粒堆积的缝隙中，其在转变时产生的膨胀对坯体的影响不大，而在高温条件下矿化剂辅助烧结，使SiC细粉与SiO2发生固相烧结，可使焦炉硅砖的烧结能力大大加强，提高了试样的常温耐压强度。
图3试样的常温耐压强度
加入不同粒度SiC硅砖试样的XRD图谱如图4。通过与标准PDF卡片对比分析试样中存在的物相，结果表明：加入粒度为≤0.088mmSiC的3#试样2θ=26.6°处残余石英特征峰峰高值最小，2θ=20.8°处鳞石英的特征峰峰高值最大。通过HighscorePlus软件，对每组XRD图谱拟合半定量分析，得到1#~3#试样的晶相含量见表2。通过表2可以发现：加入粒度为≤0.088mm的SiC硅砖试样烧结后试样的残余石英含量更低，鳞石英含量最高，这说明加入≤0.088mm粒度SiC的试样固相烧结较好，鳞石英转化量多。
图4试样的XRD图谱
表2试样的物相组成
加入不同粒度SiC硅砖试样的导热系数如图5。可以发现，加入粒度为≤0.088mm的SiC硅砖试样的导热系数最高，分析认为：引入的小粒度SiC分布于试样基质间，与SiO2形成固相烧结。而大颗粒的SiC表面有一层氧化膜，不易与SiO2烧结，在试样内部结合差，试样内部存在不连续相，导致试样内部气孔较多，降低试样的导热系数。
图5 试样的导热系数
将实验用试样切成30mm×30mm×20mm的小样，煮胶、研磨后，制备显微结构观察试样，进行显微结构分析。SEM图片如图6。从图6中可以观察到：当加入3~1mm粒度的SiC后，试样不易烧结，在制样过程中出现颗粒脱落的现象，试样气孔较大且不均匀;加入1~0mm粒度SiC的2#试样结构松散，制样过程中同样出现试样内部颗粒脱落的现象，说明SiC不易烧结，试样内部裂纹较大，气孔较多;当加入≤0.088mm粒度的SiC后，试样的气孔明显要小于其他两组，并且试样的气孔比较均匀，试样内部结构致密，基质与骨料间结合较好，并基质与骨料间有许多灰白色的玻璃相，并存在小颗粒的SiC。
图6 试样的SEM图片
综上所述：引入粒度为≤0.088mmSiC加入试样中效果最好，试样的体积密度相对最高，气孔率最低，常温耐压强度最高，试样导热性能最高。
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