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碳化硅耐火原料的性质及用途

文章出处:未知 人气: 发表时间:2019-12-31 10:49
碳化硅耐火原料的性质及用途,碳化硅又称碳硅石。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、最经济的一种。天然的碳化硅产于陨石、金伯利岩和某些沉积物中,含量很少,工业上由人工合成制得。
 
1、碳化硅的性质
 
碳化硅按结晶类型分有:立方(或等轴)晶系(B-SiC)和六方晶系(a-SiC),六方碳化硅又因其结晶排列的周期性不同分为六方晶胞的晶型(2H、4H、6H等)和菱形晶胞的晶型(15R等)。
 
纯SiC无色透明,因含有杂质而呈蓝、绿、黑和黄等色。工业上按色泽通常分有绿碳化硅和黑碳化硅两类。
 
绿碳化硅杂质少,硬度比黑碳化硅高。
 
碳化硅密度为3.217g/cm3.17~3.47);熔点高为2827C,莫氏硬度9.2~9.6之间,是超硬度的材料之一。超硬度材料包括:金刚石、立方氮化棚、碳化酬、碳化硅、氮化硅及碳化钛等。
 
碳化硅的硬度随温度的升高而降低,20C时显微硬度3.3×10'MPa,1200C降至0.97×10'MPa。
 
在常温和高温下,碳化硅的机械强度都很高。25℃下,SiC的弹性模量为4.76×10'MPa,拉伸强度为1.75×10MPa,抗压强度为10.5×102MPa,SiC的高温强度很好。抗弯强度直至1400C仍不受温度的影响。1500C时,弹性模量仍有2.8×10'MPa,上述数据均测自大块材料。

碳化硅砖
 
碳化硅导电性较强,属于半导体,随电压、温度的升高,比电阻减小。导电率波动范围在10-2~1012Q.cm。
 
碳化硅的化学性质如下:
 
碳化硅在氧化气氛下的不稳定性是十分显著的,反应如下:
 
SiC+3/2O2→SiO2+COSiC+2O2→SiO2+CO2
 
上述反应约从800C开始生成SiO2;1000C反应剧烈,生成量最多,SiO2玻璃形成保护薄膜,减缓氧化之进行;1300℃时保护膜中开始结晶出方石英,因体积变化引起开裂,从而氧化速度有所增加;1500~1600CSiO2保护膜达到一定厚度,氧化作用大大减弱;但到1627℃碳化硅的氧化作用又迅速进行,这是因为发生了如下反应:
 
2SiO2(s)+SiC(s)→3SiO(g)+Co(g)
 
由于SO2的蒸发,使SIO2保护膜受到破坏,从而加剧了碳化硅的氧化。所以碳化硅材料的最高工作温度以1627℃为宜。
 
当氧化剂是水蒸气、二氧化碳时,由于H2O、CO2对SiC的氧化反应较SiC与O:的反应为小,故其反应速率也小。
 
碳化硅在还原气氛中,由于保护气体的作用,破坏SIO2保护膜需要更高的温度,所以碳化硅在小于2600C稳定,而大于2600℃则升华。
 
由于SIO2保护膜的作用,碳化硅的抗酸能力很强,碳化硅在HCI、H2SO4、HF、HF+HNO,中不发生作用。浓H3PO4在较低温度下(230℃左右)能分解SiC,形成糖浆状溶液和胶状沉淀,碳成悬浮态。碱类物质与SiC共熔,分解为碳及硅酸盐;碳化硅可溶于Na2O、Na2CO3+KNO2中。碳化硅与CI2在600C开始反应,1000℃反应生成SiCL、CCI,碳化硅与其它氧化物开始作用的温度为:Cu2O为800℃;Ni01300C;FeO1300℃;MnO1360℃C;CaO或Mg01000℃。Pb2O3、PbO和PbCrO,对碳化硅有强烈的侵蚀作用。
 
2、碳化硅的用途
 
碳化硅除作为磨料、电阻发热体原料使用外,作为耐火材料的最重要用途是用作高炉炉身中下段的耐火材料内衬。最近,碳化硅作为耐火材料应用的重要发展方向是作陶瓷热换器,以降低能耗。此外,以碳化硅为原料制造的耐火材料也日益增多,如Al2O3-SiC-C系耐火材料,陶瓷行业的碳化硅窑具等。
 
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