Eigenschaften von Siliziumkarbid
Siliziumkarbid (SiC), auch Karborundsand genannt, kommt in der Natur selten vor und wird häufig als synthetischer Rohstoff in der Industrie verwendet. Es erhält hervorragende Eigenschaften hinsichtlich thermischer Beständigkeit und Verschleißfestigkeit. Es hat zwei Kristallformen: die Tieftemperaturform β-SiC, die zur kubischen Struktur gehört, und die Hochtemperaturform α-SiC, die zur hexagonalen Struktur gehört. Siliziumkarbid gibt es je nach Farbe in zwei Arten: grünes Siliziumkarbid und schwarzes Siliziumkarbid.
Seine wahre Dichte beträgt 3,21 g/cm3 und die Zersetzungstemperatur (Sublimation) beträgt 2600 °C.
Es handelt sich um ein hartes Material mit einer Mohs-Härte von 9,2.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von SiC ist nicht signifikant und der durchschnittliche Wärmeausdehnungskoeffizient von SiC beträgt 4,4 im Bereich von 25 ℃~1400 ℃ × 10-6/℃.
Leistung von Siliziumkarbid
Siliziumkarbid hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit (58,6 W/m · K). Normalerweise gilt: Je höher der SiC-Gehalt, desto niedriger die Temperatur und desto größer die Wärmeleitfähigkeit. Ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und eine hohe Wärmeleitfähigkeit können dazu führen, dass feuerfeste SiC-Materialien eine gute Thermoschockstabilität aufweisen.
Bei niedrigen Temperaturen sind die chemischen Eigenschaften von Siliziumkarbid relativ stabil und weisen eine ausgezeichnete Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auf. Es ist außerdem korrosionsbeständig in kochender Salzsäure, Schwefelsäure und Flusssäure. Bei hohen Temperaturen kann es jedoch mit bestimmten Metallen, Salzen und Gasen reagieren. Siliziumkarbid bleibt in einer reduzierenden Atmosphäre bis 2600 °C stabil, die Oxidation erfolgt jedoch in einer oxidierenden Hochtemperaturatmosphäre:
SiC+2O2 → SiO2+CO2
Darüber hinaus ist Siliziumkarbid ein Nichtoxid mit starker kovalenter Bindung und schlechter Sinterfähigkeit mit Oxiden.
Aufgrund seiner Vorteile wie niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Hochtemperaturfestigkeit, gute Schlackenbeständigkeit und Formbarkeit wird SiC häufig als Zusatz zur Verbesserung der Materialeigenschaften, insbesondere der Schlackenbeständigkeit und Thermoschockstabilität, verwendet schützende Oxidation.
Verwendung von Siliziumkarbidmaterial:
Siliziumkarbid (SiC) in geformten feuerfesten Materialien
In geformten feuerfesten Materialien kann Siliziumkarbid als Hauptbestandteil zur Herstellung von SiC-Produkten oder als Zusatz zur Herstellung von Halb-SiC-Produkten verwendet werden.
Unter feuerfestem SiC-Material versteht man eine Art fortschrittliches feuerfestes Material mit SiC als Hauptbestandteil, das aus industriellem SiC als Rohmaterial gebrannt wird, auch bekannt als SiC-Produkte. SiC-Produkte können nach SiC-Gehalt, Bindemitteltyp und Zugabemenge klassifiziert werden. Die Leistung von Materialien hängt weitgehend vom Bindungszustand zwischen den SiC-Partikeln im Material ab. Daher werden SiC-Produkte normalerweise nach der Art der Bindungsphase klassifiziert. Entsprechend den verschiedenen Bindungsphasen gibt es Siliziumkarbidkeramiken wie oxidgebundenes SiC, nitridgebundenes SiC, selbstgebundenes SiC, durch Siliziuminfiltrationsreaktion gesintertes SiC usw. Feuerfeste Halb-SiC-
Produkte sind solche, die Siliziumkarbid als Sekundärmaterial enthalten oder Hilfskomponente. Entsprechend den unterschiedlichen Materialien gibt es Tonklinker-SiC-Produkte, Produkte mit hohem Aluminiumoxidkarbidgehalt und Korund-SiC-Produkte. Durch das Vorhandensein von Siliziumkarbid in diesen Produkten werden ihre Thermoschockstabilität, Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit deutlich verbessert.
Die Zugabe einer kleinen Menge Siliziumkarbid zu Tonklinker-SiC-Produkten hat einen erheblichen Einfluss auf die Verbesserung der Thermoschockstabilität der Produkte. Mit zunehmendem Gehalt an SiC-Feinpulver in den Zutaten verbessert sich die Thermoschockstabilität der Produkte allmählich. Durch Zugabe einer geeigneten Menge SiC (am besten geeignet sind 30 %) zu SiC-Produkten mit hohem Aluminiumgehalt und Zugabe einer geeigneten Menge Phosphorsäure weisen die Produkte eine hohe Thermoschockstabilität, gute Wärmeleitfähigkeit und hohe Festigkeit auf. Die Zugabe einer kleinen Menge SiC-Feinpulver zu Korund-SiC-Produkten kann deren Thermoschockstabilität deutlich verbessern. Mit zunehmender Menge an SiC-Feinpulver nimmt die Thermoschockstabilität regelmäßig zu. Beispielsweise ergibt sich durch die Verwendung von braunem Korund als Zuschlagstoff, die Zugabe von 10 % SiC-Feinpulver, die Verwendung von Phosphorsäure als Bindemittel, die Hochdruckumformung und die Wärmebehandlung bei 1450 °C zur Herstellung von Gleitschienensteinen für Stahlwalzheizöfen ein Anwendungseffekt Gut.
Siliziumkarbid (SiC) in amorphen feuerfesten Materialien
In amorphen feuerfesten Materialien kann Siliziumkarbid als Hauptbestandteil zur Herstellung von Gussstücken auf SiC-Basis verwendet werden. Als Additiv verbessert es die Leistung anderer Gussmassen, insbesondere im Hinblick auf Schlackenbeständigkeit und Thermoschockstabilität. Die Forschung zur Verbesserung der Gießeigenschaften durch SiC konzentriert sich hauptsächlich auf Aspekte wie Korundgussteile und Gussteile mit hohem Aluminiumoxidgehalt.
Die häufigste Anwendung von SiC in amorphen feuerfesten Materialien ist die Arbeitsauskleidung des Hochofen-Abstichkanals, der eine mehr als 20-jährige Geschichte hat und eine gute Leistung aufweist. Derzeit wird Al2O3-SiC-C-Gussmaterial in größeren Hochöfen im In- und Ausland häufig verwendet, was die Lebensdauer des Eisenkanals erheblich verlängert. Darüber hinaus werden amorphe feuerfeste Materialien, die SiC enthalten, in der Eisen- und Stahlindustrie häufig als Auskleidungen für die Vorbehandlung heißer Metalle, Kupolöfen und Induktionsöfen verwendet; Die Seitenwandauskleidung der Brennkammer und die Schutzauskleidung des Kesselrohrs der Müllverbrennungsanlage; Auskleidung von Zementofenvorwärmern in der Zementindustrie; Die Zyklonabscheiderauskleidung von Wärmekraftwerken, die Brennkammer, die Auskleidung und der Hochtemperaturabscheider von zirkulierenden Wirbelschichtkesseln; Die Brennofenschuppenbretter sowie Silizium- und Aluminiumauslässe in der Keramikindustrie.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Zusatz von SiC die Hochtemperaturfestigkeit und Thermoschockstabilität von Gussstücken auf Al2O3-SiO2-Basis verbessern kann. Es liegen jedoch noch keine Untersuchungen zur Beständigkeit von SiC gegenüber Bleischlackenkorrosion vor.
SiC reagiert jedoch thermodynamisch leicht mit Luftsauerstoff. In praktischen Anwendungen, insbesondere bei hohen Temperaturen, niedrigem Sauerstoffdruck und Langzeiteinwirkungen, ist die Oxidationsrate von SiC sehr schnell.
Durch die Untersuchung der Mikrostruktur der Hochtemperatur-Oxidationsschicht auf der Oberfläche von SiC wurde festgestellt, dass die von SiC-Materialien im Bereich von 1040 bis 1560 °C erzeugte Oxidationsschicht die folgenden Eigenschaften hinsichtlich ihrer Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit aufweist:
1) Unterhalb von 1360 °C ist die auf der Oberfläche von SiC-Partikeln gebildete Oxidationsschicht sehr dünn. Es gibt keine wesentlichen Veränderungen in der Mikrostruktur. Die Oxidationsbeständigkeit ist gut und die Oxidationsbeständigkeit befindet sich in einem stabilen Zustand.
2) Wenn die Temperatur 1360 °C überschreitet, nimmt die Dicke der Oxidschicht auf der Oberfläche von SiC mit steigender Temperatur deutlich zu. Die gebildete Oxidschicht weist viele Poren auf. Aufgrund der allmählichen Zunahme der Oxidschicht weist SiC jedoch immer noch eine ausreichend hohe antioxidative Leistung auf. Dieser Prozess ist eine Übergangsphase.
3) Oberhalb von 1520 °C ist die Dicke der Oxidschicht größer und die Außenfläche relativ flach. Allerdings weist SiO2 im geschmolzenen Zustand eine starke Fließfähigkeit auf, wodurch die Oxidationsschicht an den Kanten und Ecken der SiC-Partikel dünner wird. Das Gas aus der SiC-Oxidationsreaktion neigt dazu, zu entweichen und Poren zu bilden. Dadurch entsteht ein Kanal für den Eintritt von Sauerstoff, wodurch die Oxidationsrate von SiC beschleunigt wird. Diese Stufe ist eine schnelle Oxidationsstufe.
4) Es gibt keine offensichtliche Übergangszone zwischen der auf der Oberfläche gebildeten SiO2-Schicht und der SiC-Matrix.
