赛隆结合碳化硅（SiAlON-SiC）

一篇”氮化物硅结合碳化硅（Si3N4-SiC）“不知为大家有帮助，那么氧赛隆结合碳化硅也相信为大家带来更多的帮助。

  SiAlON-SiC材料近年发展起来的一种高级耐火材料，其结合相赛隆一般为稳定的β-SiAlON。试验证明，SiAlON-SiC材料的抗氧化性、抗碱及碱性渣侵蚀性比Si3N4-SiC材料的好。徐国涛等人对SiAlON-SiC材料微观结构进行研究后认为，在弱氧化或氧化气氛下，材料的SiAlON相发生氧化反应生成莫来石和二氧化硅，因而提高了材料的抗热震性；在遭受碱性渣侵蚀时生成硅酸盐玻璃相，若有Al2O3参与，则形成霞长石或纳长石，这些硅酸盐相的熔点比与Si3N4-SiC材料生成的硅酸盐相熔点高，粘度大，碱性渣的渗透与扩散较难，从而具有比Si3N4-SiC材料更好的抗碱性渣侵蚀能力。这里发生的反应大致为：

Si3Al3O3N3(s)+O2(g)→3Al2O3•2SiO2+SiO2+N2

SiO2++Na2O→Na2SiO3

Al2O3•2SiO2+SiO2+Na2O→NaAlSi2O6

NaAlSi2O6+SiO2→NaAlSi2O3(纳长石)

Hirota Tetsuo在研究SiAlON的Z值对β-SiAlON-SiC性能的影响时发现：Z=2时材料的常温和高温强度最大；材料的抗热震能力随着Z值强大而增强，但抗碱与抗渣性能却随之下降。张治平、厷田哲生在研究SiAlON-SiC材料时也得到相似的结论。

制备SiAlON-SiC的方法有多种，一种是将高纯Si粉、SiC、Al粉、Al2O3粉和添加剂等按一定比例混合后压制成坯体，然后在1500℃左右氮化烧成。其反应式为：

（6-Z）Si+Z/3Al+Z/3Al2O3+(8-Z)N2→Si6-ZAlZOZN8-Z

在这种工艺中，单质态的Si和Al只是过渡相，在氮化烧成过程中逐渐转化为增强相Si3N4、AlN，而后再转化为β-SiAlON。这种方法制备的SiAlON-SiC材料的结合相中除了SiAlON相外，还含有Si3N4、Si2N2O等，而且SiAlON相大多为无定形结构。徐国涛等对国内两厂家用该工艺生产的SiAlON-SiC砖进行了分析，发现其中的SiAlON均呈无定形状，且能谱中氮元素的峰挚不明显，氮元素含量不高。这表明：要制得SiAlON含量高的SiC材料，采用由Si、Al、Al2O3和N2反应的方法有一定难度。其主要原因可能是，工业生产中难以将温度和压力精确控制在最有利于形成SiAlON相的范围内。而对由Si3N4、Al2O3和N2反应的方法制得的SiAlON-SiC砖的分析发现，SiAlON相中氮元素的峰值较明显。这说明在某些工业条件不具备的条件下，使用Si3N4为中间体生成SiAlON是可行的。1979年，J.G.Lee等人首创了利用粘土矿物经过碳热还原氮化反应制备SiAlON的方法，随后，美国、日本和英国等国家的研究人员对分别采用粘土、稻壳、煤矸石等廉价原料合成SiAlON粉的方法进行了研究，以期降低这种材料的生产成本。近年来，国内研究人员在利用粘土矿物制备SiAlON粉方面取得了大量成果，也有人将此工艺引入到SiAlON-SiC材料的制备中，如隋万美等将粘土类原料压制成型后，采用碳热还原氮化反应法一步得到SiAlON-SiC材料，经过1250℃←→水冷抗热震测试，该SiAlON-SiC材料在经历250次以上的热冲击循环后，其表面仍无裂纹。于景坤等以叶蜡石为原料采用同样的方法在1540℃也很容易地制得了性能不错的SiAlON-SiC材料。在成型工艺上，卜景龙等进行了新的探索，引入近年兴起的凝胶注模技术，通过添加有机单体、分散剂、胶联剂等，将Si、Al、SiO2和SiC等配成高固相含量的浆料，然后注模成型，再氮化烧成。该工艺一改传统的干压干艺，可高精度地制得形状复杂的坯体，并且还可以对坯体进行机械加工。我国对SiAlON-SiC材料的生产和应用研究起步较晚，但近年发展较快。20世纪90年代，我国开始有小批量的材料用语高炉炉腹、炉腰等部位，并且使用效果良好。生产材料的工艺和设备复杂，成本较高，限制了该材料的广泛生产和应用。但它优良的抗氧化性和抗碱、渣的侵蚀能力一直吸引着人们的关注，并有望成为提高新一代高炉寿命的高级耐火材料。例如宝钢1号第二代高炉在炉身、炉腹中下部使用法国SOVIE公司的SiAlON-SiC砖，鞍钢也正在试用国产SiAlON-SiC砖。相信随着研究的深入，SiAlON-SiC材料的应用必将逐步扩展。表3是国内某研究院的SiAlON-SiC砖与国外产品性能的比较。

表3 Si2N2O-SiC耐火材料性能指标

表中常规指标看，国内产品的性能与国外产品的接近，且部分指标还优于国外产品的；而从高炉上的实际使用情况看，国内产品还需提高抗碱侵蚀性和抗氧化性等。

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