碳化硅質(zhì)特殊耐火材料特殊在哪里?
以碳化硅為原料,采用特殊方法制出的制品的性能比按普通陶瓷法制出的制品為高。屬于這類產(chǎn)品的有再結(jié)晶的、熱壓的、以氮化硅為結(jié)合劑的及其他制品等。這些制品應(yīng)用于能有效地發(fā)揮其特殊性能的領(lǐng)域內(nèi)。
再結(jié)晶碳化硅質(zhì)制品系指在極高溫度時(shí),通常在還原氣氛下,碳化硅顆粒之間通過(guò)再結(jié)品方法而直接結(jié)合的制品。碳化硅的再結(jié)晶與坯體的致密度無(wú)關(guān),僅僅使制品獲得強(qiáng)度。
相關(guān)資料指出,對(duì)于氧化物而言 ,其燒結(jié)的相對(duì)溫度(燒結(jié)溫度與熔化溫度之比值,用K表示)隨著與氧化物克分子容積相關(guān)的晶格能(千卡/厘米3)的增大而顯著地提高。后者的值對(duì)碳化硅來(lái)說(shuō)應(yīng)當(dāng)是極大的,因?yàn)樘蓟枋且环N具有原子為共價(jià)鍵、克分子容積小以及晶格能大的典型化合物。
因?yàn)樵诓淮嬖谝合嗟臈l件下燒結(jié)是靠擴(kuò)散來(lái)完成的,那么可以假設(shè),對(duì)于碳化硅來(lái)說(shuō),相對(duì)溫度與晶格能的關(guān)系可能與氧化物的相似。在這種條件下,碳化硅的燒結(jié)溫度應(yīng)高于2000℃,因而其燒結(jié)應(yīng)在其蒸氣壓力大的溫度下進(jìn)行,因?yàn)樘蓟栌?293℃時(shí)蒸發(fā)。
因此,碳化硅的燒結(jié)是借助于氣相來(lái)完成的,這就是碳化硅坯體再結(jié)晶燒結(jié)特殊的原因。
基于下述情況得出可通過(guò)氣相燒結(jié)而使強(qiáng)度增加。
在一定的溫度下,在凸面上蒸氣的平衡壓力比凹面上的大些。因此帶凸面的顆拉處的碳化硅蒸發(fā),而蒸氣在帶凹面及平坦表面的顆粒處凝結(jié)。由于這種物質(zhì)遷移機(jī)理作用的結(jié)果,可能在顆粒的接觸處發(fā)生顆粒的共生現(xiàn)象,致使形成堅(jiān)實(shí)的壞體。這尤其是在受壓的條件下顆拉接觸面其有較大的曲率半徑時(shí)更為顯著。
同時(shí),這種燒結(jié)機(jī)理不可能使壞體致密,因?yàn)檎魵庹舭l(fā)與凝結(jié)的數(shù)量在比較好的條件下將要平衡。實(shí)際上,部分蒸氣應(yīng)當(dāng)排除,此時(shí)坯體的氣孔率增大。
按照文獻(xiàn)介紹,由干從氣相凝結(jié)的物質(zhì)而使氣孔充填的過(guò)程,比固體擴(kuò)散燒結(jié)而帶來(lái)的致密化要緩慢得多。此外,據(jù)此類機(jī)理推測(cè)有連續(xù)氣孔系統(tǒng)存在,因此經(jīng)過(guò)第一階段燒結(jié)后,致密化不可能繼續(xù)進(jìn)行。蒸發(fā)一凝結(jié)僅僅導(dǎo)致氣孔變成球形,因?yàn)檫@樣可以保證形成帶小曲率半徑的凹形表面,即其上的蒸氣壓力最小的凹形表面。
為了使從氣相所生成的晶格得到發(fā)育,必需使分子吸附在晶體的表面上,然后使之?dāng)U散。如果在鼓體上面的蒸氣是過(guò)飽和的,則所吸附分子的數(shù)量比蒸發(fā)的多些,此時(shí)晶體擴(kuò)大。但是,蒸氣的過(guò)飽和取決于晶體的大些,因?yàn)樵谝欢ǖ臏囟认滦⌒途w上的燕代壓力比大型晶體上的大些。如果蒸氣的凝結(jié)相當(dāng)多,則偶然形成的雛晶處于過(guò)飽和的介質(zhì)中,并得到了發(fā)育。
當(dāng)物質(zhì)從氣相結(jié)晶時(shí),沉淀出的物質(zhì)本質(zhì)是致密的,使其中僅僅生成個(gè)別的封閉氣孔。
當(dāng)于還原的條件下在極廣的溫度范圍(1600- 2300℃)內(nèi)加熱用細(xì)粉碎碳化硅制造的磚坯時(shí),坯體發(fā)生顯著地改變。于1900℃開(kāi)始再結(jié)晶,當(dāng)氫氟酸作用于坯體時(shí)它仍保持完整。于更低的溫度下時(shí),明顯的再結(jié)晶仍然未進(jìn)行,此時(shí)坯體的強(qiáng)度是要取決于碳化硅中雜質(zhì)所生成的硅酸鹽結(jié)合劑,這由該結(jié)合劑溶解于氫氟酸中而得到證實(shí)。
加熱時(shí)磚坯的重量減輕,在2000℃以上減輕較明顯,2200℃以上則更為劇烈。隨著重量的損失,磚坯氣孔率也相應(yīng)地增大。