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氮化硅砖的重点生产技术

添加时间:2021年4月28日  浏览次数:

Si3N4和SiC均为共价键性极强的化合物,有相似的物理和化学性能,在高温状态下仍保持高的键合强度。一定颗粒级配的SiC砂在均匀的Si粉包围下,通过高温氮化反应,生成的α -Si3N4及β-Si3N4把坚硬的SiC结合起来,形成致密的网络结构。Si3N4-SiC制品具有许多良好的物化性能:高温强度高、导热系数高、热震稳定性好、荷重软化点高、较低的热膨胀系数、抗高温蠕变、抗酸能力强、不被有色金属润湿、抗氧化性能好等。

原料配比是制备复合材料的一项基本的技术参数,对材料的各项性能有直接的影响。对于Si3N4结合SiC复合材料来说,SiC是复合材料的基体材料,其含量的多少直接影响材料的耐高温性能。研究表明,当SiC的加入量增加时,材料的抗热震性能好,而当SiC的加入量减少或Si加入量增加时复合材料抗热震性降低。这一方面是由于SiC与Si3N4相比导热性较好,热膨胀系数较低,有助于降低材料内部的温度梯度和热应力,减少热冲击对材料的损伤;另一方面当SiC的含量增加材料的气孔率增加使材料在受热膨胀时有一定的空间进行结构调整,表现在宏观性能上是抗热冲击性能较好。

氮化硅砖

此外Si加入量偏高易造成氮化不完全或烧成时出现“流硅”,试样中的残留Si在热震过程中由于氧化而产生体积膨胀,造成试样抗热震性能的下降。另外,由于SiC比Si3N4具有更好的抗氧化能力,随着材料中Si3N4含量的增加,材料的抗氧化性能变差,变化趋势比较明显,故在保证材料必要强度的前提下应尽量减少Si3N4加入量。因此,原料中Si的主要作用是高温氮化形成Si3N4,提高材料的力学性能,而SiC则主要是提高材料的抗热震、抗氧化等高温性能。在实际生产中,应在保证材料具有合理的力学性能的前提下尽量增加SiC在原料中的比例,以提高最终制品的耐高温性能。

原料的粒度及颗粒级配是影响制品的成型及烧结密度的关键因素,而通过调整SiC的粒度、 颗粒级配是优化其抗热震性能的有效方法。SiC粗颗粒的加入量及粒度对试样抗热震性能影响较大。粗颗粒加入太少或粗粒粒径太小,都会明显地影响到原料的堆积密度,造成试样的成型密度及烧成后制品密度较低,气孔率大,制品的传热性能变差,影响制品的抗热震性能。 此外,SiC 颗粒大小引起的界面因素及其自身氧化特性对材料的抗氧化性能有重要作用。 抗 氧化能力与密度、气孔率特别是显气孔率有关,由于气孔是试样从表面氧化到内部氧化的通道,显气孔率降低,结构致密,提供氧气的通道减少,对氧化反应能起到一定的延缓和阻碍作用,抗氧化能力增强。但是,随着SiC 颗粒的变细,材料的抗氧化能力降低。由于SiC颗 粒变细时,一方面增加了其与Si3N4 结合的界面,由于Si3N4与SiC热膨胀系数的差异,在界面上产生局部应力集中,甚至出现裂纹,从而增加了SiC与氧气接触的表面;另一方面当颗粒被氧化膜覆盖后,进一步的氧化则为氧通过氧化硅薄膜的扩散过程所控制,对细SiC颗粒,由于氧化扩散距离短,则容易被氧化。

影响Si3N4结合SiC复合材料耐高温性能的因素主要有原材料的配比、颗粒级配、烧结助剂的种类及加入量等。综合相关研究结果得出:

(1)SiC含量增加可以有效提高复合材料的耐高温性能。

(2)SiC粗、中、细颗粒的合理配比才能制备出密度合适的复合材料,最终有效地提高复合材料的抗热震性和抗氧化性。

(3)根据实际生产情况选择合适的烧结助剂及其用量,是影响复合材料最终性能的重要因素

关键词:氮化硅砖   
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