Благодаря своим хорошим физическим свойствам, реакционно-спеченный карбид кремния широко используется в качестве основного химического сырья. Область его применения включает три направления: производство абразивов; производство компонентов для резистивного нагрева — стержней из молибдена, трубок из углеродистой кремнии и др.; производство огнеупорных изделий. В качестве специального огнеупорного материала он используется в металлургической промышленности для обработки стали, в доменных печах, вагранках и других штамповочных процессах, для защиты огнеупорных изделий от коррозии и повреждений; в плавильных печах для редкоземельных металлов (цинка, алюминия, меди) — для загрузки плавильных печей, трубопроводов для транспортировки расплавленного металла, фильтрующих устройств, зажимных емкостей и др.; в космической технике — в качестве хвостового сопла штамповочного двигателя, лопаток высокотемпературных газовых турбин непрерывного действия; в силикатной промышленности — в качестве различных промышленных печей, загрузки для коробчатых резистивных печей, саггара; в химической промышленности — в качестве газогенератора, карбюратора сырой нефти, печи для десульфуризации дымовых газов и т. д.
При производстве изделий из чистого α-SiC, из-за его относительно высокой прочности, очень сложно измельчить его до ультратонкого нанопорошка, при этом частицы представляют собой пластины или волокна, используемые для измельчения в компакт, даже при нагреве до температуры разложения, не образуя заметных складок, не поддающихся спеканию, с низким уровнем плотности изделий и плохой стойкостью к окислению. Поэтому в промышленном производстве изделий к α-SiC добавляют небольшое количество сферического ультратонкого порошка β-SiC и выбирают добавки для получения высокоплотных изделий. В качестве связующих добавок для изделий, в зависимости от типа, можно использовать оксиды металлов, соединения азота, высокочистый графит, такие как глина, оксид алюминия, цирконий, корунд циркония, известковый порошок, ламинированное стекло, нитрид кремния, оксинитрид кремния, высокочистый графит и т. д. В качестве водного раствора формовочного клея может использоваться один или несколько компонентов: гидроксиметилцеллюлоза, акриловая эмульсия, лигноцеллюлоза, тапиоковый крахмал, коллоидный раствор оксида алюминия, коллоидный раствор диоксида кремния и др. В зависимости от типа добавок и их количества температура обжига заготовки может быть различной и варьироваться в диапазоне 1400–2300 ℃. Например, 70% α-SiC с размером частиц более 44 мкм, 20% β-SiC с размером частиц менее 10 мкм, 10% глины, плюс 8% лигноцеллюлозного раствора (4,5%), равномерно перемешивают, формуют под рабочим давлением 50 МПа и обжигают на воздухе при 1400 ℃ в течение 4 часов. Кажущаяся плотность изделия составляет 2,53 г/см³, кажущаяся пористость — 12,3%, а предел прочности — 30–33 МПа. В таблице 2 приведены свойства спекания нескольких типов изделий с различными добавками.
В целом, реакционно-спеченные огнеупоры из карбида кремния обладают высокими качественными свойствами по всем параметрам, такими как высокая прочность на сжатие, высокая термостойкость, хорошая износостойкость, высокая теплопроводность и устойчивость к коррозии растворителями в широком диапазоне температур. Однако следует также отметить, что их недостатком является слабый антиоксидантный эффект, что приводит к объемному расширению и деформации в высокотемпературной среде и сокращает срок службы. Для обеспечения стойкости к окислению реакционно-спеченных огнеупоров из карбида кремния было проведено много работ по выбору связующего слоя. Применение глины (содержащей оксиды металлов) для сплавления, однако, не обеспечивает буферного эффекта, и частицы карбида кремния по-прежнему подвержены окислению на воздухе и коррозии.
Дата публикации: 21 июня 2023 г.