氮化硅结合碳化硅砖的应用

氮化硅结合碳化硅耐火制品是近30年发展起来的一种高科技耐火材料。氮化硅和碳化硅砖均为共价键化合物,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，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。作为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。

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：硅粉直接氮化法、碳热还原二氧化硅法、Si(NH)2热分解法、SiH4和NH3气相反应法。通常情况下，反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，化合生成氮化硅。 

氮化硅结合碳化硅制品制备经过七个步骤：原料处理、配料、混料、成型、干燥、氮化烧成、产品检验。氮化原料主要采用工业用绿碳化硅和硅粉，经破碎、水洗等方法进行原料预处理，根据配方称量碳化硅砂及硅粉，按要求把不同粒度的碳化硅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15～20 min，过筛后，放入料仓进行闷料储存24 h。 

配方原料成分及含量

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下图所示。

氮化硅结合碳化硅材料工艺流程图

氮化硅结合碳化硅制品的主要应用领域近年来,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。

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、价格适宜的窑具材料，这为Si3N4-SiC窑具提供了广阔的市场；建筑陶瓷行业的迅速发展，特别是这几年产品向大型化发展的趋势，对辊道窑传动支托辊棒提出了更高要求，浇注成型的Si3N4-SiC烧嘴套管，使用寿命长，且价格适中，已成为许多厂家的选择产品。

炼铝、铜、锌等行业氮化硅结合碳化硅砖不受铝液腐蚀的特性及其优异的热性能使其在制铝行业中应用广泛。采用氮化硅结合碳化硅材料取代传统的碳素材料在电解槽侧墙上使用已取得显著效益。湖北华盛公司、商丘铝电集团、南山龙口铝业集团等厂家已投入生产中。此外氮化硅结合碳化硅还可作为测温热电偶套管、炼铝熔炼炉炉衬、盛铝液的“包子”内衬、坩埚、输送铝液的泵、管道、 阀们、铸铝的模具等。

炼钢及轧钢行业氮化硅结合碳化硅耐火材料在炼钢行业中重要的用途是作为水平连铸的分离 环。在水平连铸中，分离环把钢液流分成熔融钢液区和钢液开始凝固区，起着分离钢的液固界面的作用，对保持稳定的钢液凝固起点和铸坯质量起着作用。