滕莹雪(新疆众和股份有限公司新疆乌鲁木齐830013)摘要:阐述了碳化硅结合氮化硅制品的主要制备方法、反应机理、用途以及影响其微观结构和性能的主要因素。新型氮化硅结合碳化硅制品,在不增加过多投资的情况下就可以达到提高产品质量、节能增产目的,是一种理想的更新换代产品。关键词:碳化硅结合氮化硅制备方法反应机理用途:TB35文献标识码:A:1672-3791(2013)04(c)-0086-02氮化硅结合碳化硅制品是近30年发展起来的一种高科技耐火材料。1955年,美国Casrborunduln公司在生产硅酸盐结合碳化硅制品的基础上研制成功,并获得了专利权。1960年日本TKR公司引进美国的此项技术并成功应用[1～2]。氮化硅和碳化硅均为共价键极强的化合物,有相似的物理和化学性能,在高温状态下仍保持较高的键合强度。硅粉均匀包围碳化硅,经过高温氮化反应,形成致密的网络结构,因此氮化硅结合碳化硅制品具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐冲刷、抗氧化等一系列优异性能[3],且对氢氟酸以外的所有无机酸都具有良好的抵抗性,不被金属液尤其是非铁金属液润湿,能耐大部分有色金属熔融液的侵蚀[4]。作为高级耐火材料在各种气氛中正常使用温度可达1500℃左右,广泛用于陶瓷、有色冶金、钢铁冶金、粉末冶金、化工等行业[5]。原料放入混料机内干混,然后加入有机结合剂温混,充分搅拌15～20min,过筛后,放入料仓进行闷料储存24h[9]。将闷好的料准确称量后,均匀放入模具中,振动加压成型,再经真空吸盘转移到储坯车上,放入干燥室内干燥,干燥温度以100℃～120℃为好。干燥过程中应严格控制升温速度,以免坯体出现变形或开裂。坯体一般干燥时间为3天,干燥完成后经精修坯体和生坯检测,合格的进入氮化炉烧成。氮化过程中,当温度升至700℃～1450℃进行抽真空后向氮化炉中充入纯度为99.99%以上的氮气直至反应完成。氮化硅结合碳化硅材料工艺流程如图1所示。自由能都为负,反应属于自发反应。也就是说,在氮化反应完成的温度都可以进行[13]。氮化硅生长过程由Atkinson等学者于1976年提出。反应开始时,氮化硅晶核通过化学吸附形成在硅的表面上,硅与氮气中含有的氧形成SiO蒸气,SiO蒸气又与氮气反应生成α-SiN,且沉积在已经形成的晶34核上,此过程中解放出来的氧使反应继续循环下去。当周围区域的硅被耗尽之后,在长大的晶核之间就形成凹坑或大的气孔,当表面生成的SiN相互连成片后,下面气34孔表层上的硅就与氮气隔绝,氮化也就不能继续,这时新的气孔中可能形成新的SiN晶核,继续重复以上的氮化过程[17]。342氮化硅结合碳化硅反应机理氮化硅结合碳化硅制品烧结反应过程中,硅与氮气反应生成的氮化硅颗粒结合原始坯体中的碳化硅颗粒(如图2所示),形成氮化硅结合碳化硅制品,其反应方程式3氮化硅结合碳化硅制品主要用途近年来,反应烧结制备氮化硅结合碳化硅制品的研究已获得很大进展,由于碳化硅和氮化硅均具备良好的导热性,致使其在耐火材料及其它行业的应用越来越广泛。此外,烧结形成氮化硅结合碳化硅制品为近尺寸过程,即在材料的制备过程中材料形状和尺寸几乎不变化(烧成收缩率为0.1%～0.5%),这大大有利于制备复杂形状的构件[18]。3.1陶瓷行业我国日用瓷产量居世界首位,采用氮化硅结合碳化硅材质的窑具可明显降低窑具与制品的重量比,节能降耗。近年使用辊道窑烧成日用瓷,采用氮化硅结合碳化硅辊棒提高了其使用寿命;电力行业高电压的发展促进了电瓷业的发展,电瓷和电子陶瓷行业需高温高强度、热稳定性好、使用寿命长、价格1氮化硅结合碳化硅制品的主要制备方法氮化硅的制备方法包括:硅粉直接氮化为:3Si+2N=SiN[10～12]。234根据吉布斯热力学理论,在恒温恒压及非体积功为零的条件下,封闭系统的状态总是自发的向着吉布斯自由能减少的方向进行,即ΔGT<0,系统反应能自发进行。硅粉氮化形成氮化硅的过程和稳定性取决于该系统的热力学关系,氮化过程中自由能的降低有利于氮化硅形成。硅粉氮化在瞬间的反应可看作是在恒温恒压、非体积功为零,封闭系统的状态下进行,其热力学关系为:3Si+法、碳热还原二氧化硅法、Si(NH)热分解2法、SiH和NH气相反应法。通常情况下,反43应烧结氮化硅结合碳化硅制品中氮化硅生成方法为硅粉直接氮化法,高温下通过氮向硅粉粒子内部扩散,化合...