碳化硅的性质及其在铝硅碳化硅耐火材料中的作用
发布日期： 2020-05-14 11:13:39 阅读量（1248） 作者：天然的碳化硅很少，工业上使用的碳化硅(SiC)是一种人工合成材料，还叫作金刚砂。碳化硅1891年首先被E.G.Acheson发现并用电炉工业生产，由于它具有较高的硬度常用于人造磨料，同时它还是耐火材料领域最常用的非氧化物耐火原料之一。
碳化硅是以硅质原料(石英砂或脉石英等)、石油焦等碳质原料、木屑、食盐作为基本合成原料，在1600℃-2500℃的电阻炉中通过下面的反应合成：
SiO2+3C→SiC+2CO↑(1)
在这个过程中，SiC的纯度随着与炉心的距离而变化，最靠近炉心的的SiC纯度可达到98%。
纯的碳化硅是无色透明的晶体，但是工业生产的碳化硅由于其中存在游离碳、铁、硅等杂质，而呈现出黄、黑、墨绿、浅绿等不同颜色，透明度随其纯度不同而异。采用氧化还原法制取的工业碳化硅纯度范围为90%~99.5%。含量99.8%的碳化硅为淡绿色，随着纯度降到99%，其颜色变为深绿色，当纯度降至98.5%时变为黑色。
碳化硅之所以被广泛应用，是因为它具有以下一系列优异的性能：耐火度高，例如它在还原气氛下，当温度达到2600℃时还能保持稳定;硬度大(莫氏硬度9~9.5)，仅次于金刚石：热导率高(在500℃时达64.4W/m·K，到875℃时达41.4w，m·K);热膨胀系数小(5.0×10-6/℃);同时它还具有抗侵蚀、耐冲击、抗氧化和高温强度大等优异性能。碳化硅在还原性气氛下直至1600℃仍然稳定，在高温氧化气氛下则会发生氧化反应：
SiC+2O2→SiO2+CO2(2)
在温度800~1140℃的范围内，碳化硅的抗氧化能力没有在1300℃~1500℃之间好，这是因为在800~1140℃的温度范围内，氧化生成的SiO2氧化膜结构还比较疏松，起到的保护作用还不够充分。然而在温度达到1140℃以上时，特别是在1300℃~1500℃之间，这层氧化膜就覆盖在碳化硅基体的表面，阻隔了氧气和碳化硅的接触，从而抑制了碳化硅的氧化，使得其抗氧化能力得到加强，这种作用被称作自保护作用。但是当温度进一步升高时，这层氧化膜就会被破坏，导致碳化硅与氧气发生强烈反应而被分解破坏。
碳化硅可以应用于在钢铁冶炼中用于高炉、化铁炉等冲刷、腐蚀严重部位使用的特种耐火材料：在陶瓷和电子工业中，可大量用于各种窑炉的棚板、闸体和马弗炉炉衬等;在有色金属(锌、铝、铜)冶炼中用于熔融金属输送管道、冶炼炉炉衬、坩埚、过滤器等：在化学工业中用于脱硫炉炉衬、石油气化器等。
碳化硅对铝硅碳化硅耐火材料性能的影响主要在于铝硅碳化硅耐火材料中加入碳化硅以后，可以大幅改善其热震稳定性、荷重软化温度、耐磨性和抗侵蚀性等，从而制造出综合性能优异的新型耐火材料。碳化硅氧化后的产生的SiO2可以与Al2O3反应生成莫来石，并伴随着比较大的体积膨胀。因此，加入适量的碳化硅有利于补偿制品的重烧线收缩，提高材料的抗蠕变性和荷重软化温度。由于碳化硅本身具有较高的热导率，铝硅质耐火材料加入碳化硅后其热导率得到提高，同时碳化硅和莫来石两者的热膨胀系数非常接近，这样当温度发生急剧变化时，材料内部形成的热应力就会相应地减小，这两者的综合作用使材料的热震稳定性得到明显改善。另外可以利用碳化硅的氧化，加入碳化硅从而提高材料的抗侵蚀性，其具体作用是首先材料表面的SiC氧化生成SiO2，堵塞了砖体表面的气孔，使是砖内气氛变成还原态：再者材料内部的SiC活化氧化，形成的SiO气体，SiO扩散至耐火材料界面重新氧化成SiO2，新生成的SiO2和外来物质形成了高黏度玻璃相，因而堵塞了气孔，减缓了材料的侵蚀，延长了寿命。
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