氮化硅结合碳化硅窑具的抗氧化性能提高

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氮化硅结合碳化硅窑具是采用以石油焦为原料生产的高纯度碳化硅粉料,采用碳化硅五段砂级配,并配入金属硅粉及木质素、PVA等临时结合剂,经过配料、混料、成型、烘干后在氮气气氛中超过1400℃的高温及特定的压力条件下,硅粉与氮气反应生成氮化硅晶相,把碳化硅颗粒结合在一起形成一种高温结构陶瓷产品。氮化硅结合碳化硅材料在烧成时,主要反应机理如下:

3Si+2N2 → Si3N4

SiC( 粗 )+SiC(细)→ SiC( 结晶 )

由于碳化硅粉中含有少量的SiO2和C,在高温烧成时还有如下反应:

SiC+O2 → SiO2 +CO2 ↑

SiO2 +3C → SiC+2CO2 ↑

氮化硅结合碳化硅窑具是非氧化物结合制品,长期使用过程中不可避免会出现被氧化现象,氮化硅结合碳化硅材料中碳化硅的氧化产物方石英会发生体积膨胀,使窑具材料结构疏松,出现掉渣,甚至开裂现象,影响了氮化硅结合碳化硅窑具的使用寿命。

提高氮化硅结合碳化硅材料的抗氧化性有两种途径 :一是提高材料本身的抗氧化性,二是通过在材料表面形成防氧化涂层,来提高材料的抗氧化性。通过在材料表面形成防氧化涂层地方法也是一种有效的提高材料的抗氧化性,提高其使用寿命的方法。对产品进行二次氧化烧成,即将氮化烧成后的制品再在1550℃氧化烧成,形成致密的氧化物保护层,使其使用寿命大大提高。

氮化硅结合碳化硅窑具使用中需要注意的问题及材料改进方向氮化硅结合碳化硅窑具在使用过程中,不合理的支撑方式也是导致其损坏的重要原因。生产实际中使用氮化硅结合碳化硅窑具时,往往采用四点支撑的方式支撑,但四点支撑要求四个点都要处于同一平面上,但实际操作中却往往无法得到保证,反而使窑具仅有两个点支撑,存在剪切力,极易导致窑具断裂。如果能改为三点支撑,将可以显著降低窑具的损坏几率。弯曲变形也是氮化硅结合碳化硅窑具在使用过程中出现的重要问题,目前主要通过提高氮化硅结合碳化硅窑具抗折强度的方法来尽量降低产品的变形度,也可以在条件允许的情况采用双面交叉使用的方式加以解决。

氮化硅结合碳化硅窑具在长时间处于温度变化的环境中,会出现碎裂现象,需要提高产品抗热震性,主要方法有在材料中加入纤维或提高产品中 β-Si3 N4 相的含量。


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