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1 耐磨性
碳化硅硬度僅次于金剛石,具有較強(qiáng)的耐磨性能,是耐磨管道、葉輪、泵室、旋流器,礦斗內(nèi)襯的理想材料,其耐磨性能是鑄鐵.橡膠使用壽命的5—20倍,也是航空飛行跑道的理想材料之一。以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機(jī)葉輪或汽缸體的內(nèi)壁,可提高其耐磨性而延長使用壽命1~2倍。
2 抗侵蝕性
在硅酸鹽結(jié)合碳化硅材料的結(jié)合基料內(nèi)所含的SiO?與其物質(zhì)接觸時(shí)容易形成低熔點(diǎn)的化合物,易被熔渣侵蝕,因而這類碳化硅的耐化學(xué)性能較差。由于大多數(shù)金屬熔體都不能潤濕氮化硅或氧氮化硅,所以它們顯示出比硅酸鹽結(jié)合碳化硅更好的耐侵蝕性能。
3 抗熱震性
由于碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)高和熱膨脹系數(shù)小,此碳化硅耐火材料的耐熱沖擊性很好。碳化硅制品的耐熱震性能也與結(jié)合基料的類型和性質(zhì)有著密切的關(guān)系。測試證明:把樣品迅速放入1200攝氏度的電爐內(nèi)加熱20min,然后取出在空氣中冷卻并測定彈性模量的變化。硅酸鹽結(jié)合碳化硅制品的彈性模量隨著冷熱沖擊試驗(yàn)的次數(shù)增加呈現(xiàn)出比較平緩的逐漸下降的趨勢。而氮化硅結(jié)合碳化硅制品則不同,在第30次冷循環(huán)試驗(yàn)之前,它的彈性模量隨著熱沖擊試驗(yàn)次數(shù)的增加變化很小,能保持著一個(gè)相當(dāng)恒定的數(shù)值。然而經(jīng)過第31次熱沖擊試驗(yàn)后,試樣彈性模量迅速下降,突然性破壞。氧氮化硅結(jié)合碳化硅制品與硅酸鹽結(jié)合碳化硅制品相似,沒有突然性破壞的現(xiàn)象,彈性模量隨著熱沖擊試驗(yàn)次數(shù)的增加呈平緩的下降趨勢。實(shí)際應(yīng)用過程中,由于硅酸鹽結(jié)合碳化硅制品在受到熱沖擊作用之后的破壞之前可以觀察到制品發(fā)生膨脹、開裂和變形,可以容易預(yù)知材料使用壽命。
4 高導(dǎo)熱性
由于碳化硅本身的熱傳導(dǎo)性好,因此碳化硅含量高的耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)均較高,其導(dǎo)熱系數(shù)大都超過14.4W/(m.K)。碳化硅制品在使用過程中其顆粒表面的導(dǎo)熱系數(shù)將會(huì)逐漸變小。結(jié)合基料的性質(zhì)對碳化硅制品的導(dǎo)熱系數(shù)有一定的影響,氧氮化硅結(jié)合和氮化硅結(jié)合碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)較高,硅酸鹽結(jié)合碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)較小。
5 抗氧化性
碳化硅耐火材料制品的抗氧化性同樣是隨著結(jié)合基料的類型不同而呈明顯的差異。氮化硅結(jié)合碳化硅制品的抗氧化性能較低,這可從它們的顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作出解釋。因?yàn)榈杞Y(jié)合碳化硅制品的基料呈交織纖維狀,透氣性較高,對碳化硅顆粒所起的保護(hù)作用較小;而在硅酸鹽結(jié)合和氧氮化硅結(jié)合碳化硅制品中,在碳化硅顆粒表面上被連續(xù)基料包裹,因而具有較強(qiáng)的抗氧化性能。硅酸鹽結(jié)合碳化硅和氧氮化硅結(jié)合碳化硅的抗氧化性能在上述測試中顯示出相似的性狀,但在長期使用中可明顯地顯示出它們之間的區(qū)別。
6 抗粘渣性(舉例相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用)
抗渣性是指碳化硅磚在高溫下抵抗?fàn)t渣的侵蝕和沖刷作用的能力,這里爐渣的概念,從廣義上來說是指高溫下與碳化硅磚相接觸的冶金爐渣、燃料灰分、飛塵、各種材料(包括固態(tài)、液態(tài)材料,如燒結(jié)水泥塊、煅燒石灰、鐵屑、熔融金屬、玻璃液等)和氣態(tài)物質(zhì)(煤氣、一氧化碳、氟、硫、鋅、堿蒸氣)等。作為碳化硅耐火澆注料難以被渣潤濕的原因是因?yàn)樘蓟枳陨聿牧系囊蛩豐iC具有α β兩種晶型及β—SiC的晶體結(jié)構(gòu)其中α-SiC存在著4H、15R和6H等約120種多型體,其中6H多型體是工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛的。在6H-SiC中Si與C交替成層狀堆積,Si層間或C層間的距離為2.5?,Si—C的原子間距約為1.9?。SiC的多種型體之間存在著一定的熱穩(wěn)定性關(guān)系,α β晶型也相互轉(zhuǎn)化,溫度在1600℃以下時(shí)SiC以β-SiC形式存在。當(dāng)溫度高于1600℃時(shí)β—SiC通過再結(jié)晶的方式緩慢轉(zhuǎn)變成α—SiC的多種變形體(4H、15R、6H等)。對于α—β轉(zhuǎn)化來說需要較高的壓力,而對β—α轉(zhuǎn)化來說僅需較低的壓力。碳化硅各類型體間的轉(zhuǎn)化不產(chǎn)生體積效應(yīng)。SiC是共價(jià)鍵性很強(qiáng)的化合物。在高溫下仍保持高的鍵合強(qiáng)度,因此SiC硬度高,彈性模量大,具有優(yōu)良的耐磨損性能,不會(huì)被大多數(shù)酸堿溶液所侵蝕。對于渣的侵入和與渣反應(yīng)后生成的熔點(diǎn)低,當(dāng)與氧化物等相比是,耐渣性明顯要好。
結(jié)語
碳化硅為一種典型的共價(jià)鍵結(jié)合的化合物,有許多優(yōu)異的性能,如耐磨削、耐高溫、耐腐蝕、高熱導(dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性、寬帶隙以及高電子遷移率等。使其廣泛應(yīng)用在磨料磨具、耐火材料、特種陶瓷、電子晶體等方向的應(yīng)用,隨著中國制造業(yè)的進(jìn)一步完善和應(yīng)用,碳化硅也會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用,我們需要在碳化硅的高端應(yīng)用領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)碳化硅的國際化替代,真正做到既大有強(qiáng)。并且隨著碳化硅在第三代半導(dǎo)體使用的爆發(fā),新的風(fēng)口已經(jīng)到來,讓我們共同協(xié)作為國內(nèi)碳化硅行業(yè)高端發(fā)展而努力!
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