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耐火材料常用的非氧化物及浇注料案例

发布日期： 2021-01-04 10:34:45 阅读量（643）作者：

相比与传统的氧化物结合耐火材料，金属或金属氮化物结合材料的性能更加优异。但由于其对工艺要求较高，阻碍了其在耐火材料中的广泛使用，一般用于高级耐火材料中和特殊功能性元件中。

1、常见耐火材料用非氧化物

碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛的一种。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20~3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

氮化硅呈灰色、白色或灰白色，六方晶系、密度大、硬度高、耐压强度大。氮化硅具有良好的高温稳定性，通常在常压下1900℃分解。其弹性模量为28420~46060MPa，热导率为16.7W/(m・K)，热膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)，具有优良的抗热震性和较大的高温强度。1300~1400℃C时，氮化硅在空气中开始发生氧化。

Si3N4的低热膨胀系数和高弹性模量等优良性能，常用于制备高级耐火材料，高温下与Al2O3反应生成SiAlON。SiAlON具有高硬度，耐磨性好，抗氧化，抗熔融金属侵蚀，抗碱性，易烧结，抗热震性好等特点。作为一种陶瓷，它实际上是Al和O原子替换Si3N4中Si、N原子形成的固溶体。SiAlON陶瓷的主要类别有α-SiAlON、β-SiAlON、O-SiAlON三种，尤以前两种最为常见，耐火材料中最为常见的为α-Si3N4与β-SiAlON。

SiAlON陶瓷在耐火材料中的应用，大部分以β-SiAlON形式，其通式一般写为Si6-zAlzOzN8-z，其中0＜Z≤4.2。其晶粒通常为长柱状，因而其陶瓷体的韧性强度较好，且具有较好的抗氧化性能与抗熔融有色金属浸蚀的能力。

2、非氧化物结合浇注料

洪艳萍等刚玉浇注料中加入β-SiAlON，利用β-SiAlON热膨胀系数小的特点，改善材料抗热震性。结果表明加入20wt%的β-SiAlON的试样抗热震性最好。β-SiAlON加入量较少时，难以起到提高抗热震性作用;加入量过大，由于热膨胀差异，产生微裂纹过多，形成了连续的聚合式大裂纹，反而降低了材料的性能。

此外，大量研究结果表明：β-SiAlON的引入能明显提高矾土基和刚玉基浇注料的高温力学性能和抗热震性。

薛文东刚将氮化硅引入到透气砖中，制备出刚玉一氮化硅质透气砖。实验根据金属塑性相工艺要求，以板状刚玉为主要原料，加入10wt%Si3N4，及部分金属硅粉，采用纸浆为结合剂，在250MPa压力下压制成型，空气环境1600℃保温3小时处理。同时，将耐火材料厂生产刚玉-尖晶石、铬刚玉、刚玉-莫来石透气砖，在鞍钢二炼钢钢包上现场实验，结果证明刚玉-氮化硅透气砖的性能明显好于其它透气砖。其中金属硅起到了助烧剂的作用，同时在烧结过程发生塑性流动。SiaN4增大了界面张力，使铁水和残渣与透气砖不能很好润湿，改善了透气砖易被钢液渗透的情况。金属硅在前期有效的起到了抗氧化剂作用，保护Si3N4不被氧化。