常见的几种碳化硅耐火材料的结合方式和应用

环保窑炉

以不同的结合相将碳化硅结合在一起即制成不同种类的碳化硅耐火材料。常见的结合形式有:粘土结合、氧化物结合、莫来石结合、氮化硅(Si3N4)结合、重结晶(R-SiC)和反应烧结渗硅等。碳化硅质耐火材料的性质取决于结合相。

①粘土结合碳化硅制品(Clay-SiC)
是最普通的碳化硅质耐火材料。它是将10%~40%结合粘土与碳化硅颗粒一起配料，压制或捣打成型后在一般窑炉中烧成即可。锌冶炼炉、陶瓷窑炉的马弗板等使用Clay-SiC。
②氧化物结合碳化硅制品(SiO2-SiC)
实际上多是以SiO2为结合相。它是将5%~10%的SiO2微粉或石英细粉与SiC颗粒共同配料，有时需加助熔剂，压制成型后在一般窑炉中烧成。其特点是在烧成与使用过程中SiO2膜包裹在SiC颗粒上，抗氧化性大大优于Clay-SiC,高温强度也很高。此种产品广泛用做烧制瓷器(>1300℃)的窑炉棚板，寿命比Clay-SiC提高一倍以上。
③莫来石结合碳化硅制品(Mullite-SiC)
将α-Al2O3微粉和SiO2微粉加入到SiC的配料中，压制成型，在烧结过程中Al2O3与SiO2结合成莫来石;使用过程中，SiC氧化而成的SiO2也部分与Al2O3形成莫来石。此种材料热震稳定性好，广泛用于制造瓷器用匣钵、棚板。
④氮化硅结合碳化硅制品(Si3N4-SiC)
将金属硅粉与SiC砂一起配料，成型后在氮气保护下烧成，Si与N2反应形成Si3N4从而将SiC结合起来。此种材料广泛用于制造高炉用碳化硅砖、耐火窑具等。
⑤重结晶碳化硅制品(R-SiC)
以α-SiC为原料，通过适当的颗粒级配并加入有效的表面活性剂制成α-SiC料浆，浇注成型后(也有压制成型)在Ar气氛或真空烧结炉中于2000℃以上的高温下烧结，SiC蒸发并在SiC颗粒接合部凝聚再结晶从而将SiC颗粒结合起来。其高温强度高，抗氧化能力强，热震稳定性好，是优良的高温工程材料。陶瓷、砂轮行业的窑炉使用R-SiC横梁来搭建窑车，可使用至1600℃。
⑥反应烧结渗硅碳化硅制品(SiSiC)
用α-SiC和石墨粉按比例混合后压制或真空挤出成型，加热到1650℃左右，通过液相或气相将Si渗入坯体，使之与石墨起反应生成β-SiC，把α-SiC颗粒结合起来，达到致密化。该材料的特点：a.没有开口气孔，使用时O2无法渗入到材料内部，因而具有极强的抗氧化和抗腐蚀能力;b.高温下的抗折强度是R-SiC的两倍，承载能力大幅度提高：c.非常良好的导热能力和耐磨性能：d.直至使用温度极限(1350℃),其体积稳定性都很好;e.由于渗入10%~20%的Si,其最高工作温度不超过1350%~1380℃,比R-SiC低;f.使用寿命是Si-SiC的2~3倍。这种材料的使用温度能满足大多数陶瓷和砂轮烧成的需求，己成为新一代的窑具材料，大有取代Si3N4-SiC和R-SiC窑具的趋势。
表1为各种碳化硅质耐火材料的典型性能。