重结晶碳化硅有哪些应用

重结晶碳化硅窑具的生产工艺性能特点

 

重结晶碳化硅具有独特的耐高温、耐腐蚀、导热快、强度高、蓄热小、寿命长等优势.作为新型耐火窑具近十几年来已广泛地应用于各种高温工业炉窑。我公司与德国一陶瓷技术公司密切合作,于2006年底成功地开发了重结晶碳化硅R-SiC制品。其主要性能经上海硅酸盐研究所检测达到德国NORTON公司的技术指标。产品规格最长可达3500mm,最宽可达600mm。它的开发成功及应用表明,不仅以其不可比拟的高温机械性、抗急冷急热冲击性及长期抗老化性而逐渐取代我国目前的能耗高、寿命短、易老化及非常笨重的传统耐火窑具,而且可完全替代引进窑炉设备上的进口R-SiC窑具,节约大量外汇,发挥其节能降耗、提高窑炉装填效率、改善产品质量的优势。

 

2生产工艺

 

R-SiC材料是在2400°以上的高温及一定压力的保护气氛下,经蒸发-凝聚由SiC颗粒发生再结晶过程而形成的一种高温结构陶瓷材料,不存在熔点。R-SiC的工艺流程可表述为: 细颗粒-粗颗粒-级配制浆-添加剂石膏模成型-真空-压力-修整-干燥烧结氩气- 切割-包装。

 

自然界中不存在碳化硅,工业上应用的SiC粉料都是人工合成材料的,大批量生产多用Acheson法,即: SiO2(s)+3C(s)-SiC(s)+2CO(g) 可见其中存在的杂质大部分是游离SiO2和游离C,

 

成型后,在高温烧结时会发生一系列化学反应: %SiO2+3C SiC+2CO;&SiC+2O2SiO2+CO2;∋SiO2

 

+CSi+CO2; 在制品中产生空位,使制品疏松,强度下降。因此,生产高档次R-SiC必须控制原料

 

的纯度(SiC 99%)。目前,在国内原料达不到工艺要求的情况,R-SiC全部采用进口粉料,以保证产品性能稳定可靠。

 

(2)R-SiC采用注浆成型法。

 

要求原料达到***的颗粒级配以满足***的泥浆密度并对应于***的制品强度。在制浆过程中加入极少量的结合剂与适量的水,使泥浆具有很好的流动性及悬浮性。采用先进的注浆设备在真空、压力的作用下将泥浆注进石膏模,根据制品要求的尺寸及石膏模的性能严格控制空浆和脱模时间。

 

(3)

 

坯体经修模、干燥后,在真空感应炉(Ar气保护)中2450!烧结,保温2-4小时。烧结后的制品SiC颗粒明显长大,并伴随着细颗粒被兼并,形成大颗粒之间的架梁结构及有一定气孔率的烧结体。

 

3、R -SiC的性能特点

 

重结晶碳化硅是最近十几年发展起来的新型高温结构材料,SiC分子中Si和C以牢固的共价键结合成四面体,形成具有类似金刚石的晶体结构。与其它传统耐火材料相比,具有很多独特的优点:高温强度大、承载能力强、在使用温度范围内度的升高、机械强度不下降反而成正比例上升,可以以较轻的窑具重量装载大量的制品,提高装窑率;

 

它的导热性好,膨胀系数小,可以抵抗急冷急热冲击,减少蓄热,节约能源;因其纯度高,无中间化合物结合相,抗氧化侵蚀能力强,可大大提高使用寿命。

 

各种窑具的技术性能指标：

 

在高温工业瓷、电瓷生产中做***梁、柱、板

 

(1)

 

郑州某陶瓷工有限公司1992年从德国引进烧A瓷辊的梭式电窑,其架、梁R-SiC一并从德国NORTON公司引进，命超过150次。在部分架、梁损坏之后,采用R-SiC梁替代,使用效果可与进口R-SiC梁媲美。另外,在他们公司烧高铝保护管的倒焰窑中,部分应用R-SiC梁替代传统的硅质板登砖,一改往日十大格七小格的码落状态,将落码成田字型,窑顶架上R-SiC方梁,窑具与制品的重量之比由原来的6-7+1降***1-2+1,仅窑具就减轻了70%左右,制品装载率是以前的2倍多,能量消耗也降低了50%多,且人工劳动强度也大为减轻,从前的7窑次检修一次变为20窑次检修一次,从中获得的效益是巨大的。

 

(2)

 

北京某陶瓷厂在引进的国外梭式窑上烧电瓷产品,烧成温度1650°,以前用刚玉-莫来石窑具,2-3窑后，棚板翘曲严重，影响产品质量,并占据大量窑位,且由于更换频繁,人工劳动强度非常大。改用R-SiC棚板和***梁后,棚板重烧变形减轻,电瓷制品质量明显改善。同时,因装载率提高也大大节约了能源,并减轻了工人劳动强度。

 

(3)

 

国内***的某电瓷厂烧***电瓷瓶的梭式窑,烧成温度1270-1320°,原来的烧窑方式为以粘土质耐火材料做***，瓷瓶中间穿SiC质芯棒,外面套匣钵,避免塌落和落脏,窑具重量占很

 

***重,能源浪费严重,装窑卸窑非常麻烦，劳动强度很大。现在他们改变了燃油和窑炉结构，采R -SiC梁吊装***烧瓷瓶,即增加了量又节约了能源,同时,降低了工人劳动强度,取得了良好效果。目前他们从一条窑试验改造中得出了经验,并在其余的和新建的窑炉上推广。

 

4.

 

在卫生瓷生产中做架梁、台盆托板

 

(1)

 

景德镇某洁具厂在引进的美国生产卫生瓷的梭式窑中,采用R-SiC方梁***卫生洁具制品,***目前使用循环已近300次,R-SiC梁使用情况良好,未发现异常。且烧出的制品无污染,无变形,提高了洁具的质量。

 

(2)

 

北京某陶瓷有限公司、中山某陶瓷技术开发公司在洗面盆的生产过程中,采用R-SiC托板做***,制品不变形,节省窑位,节约能源。充分体现R-Sic高温承载能力大的性能优势。

 

4.3

 

在建筑、日用瓷辊道窑中做辊棒也日益发挥了其独特的性能优势以前,辊棒普遍采用高铝材质,其不利之处在于Al2O3荷重软化点低,高温长期使用会弯曲变形,尤其在新型超宽及装载量大的窑炉的高温烧成带,弱点明显;再者,Al2O3瓷辊材质与烧结制品同属氧化物范,热膨胀系数等性能相近,使用时坯釉料、粉尘等与瓷辊粘结严重,不宜清除,且清理周期短,更换瓷辊过程繁锁。而R-SiC因其材质的优势,在整个使用温度下无荷重软化点,高温变形极小,且粘结也易于清除。因此,R-SiC是辊道窑高温带辊棒的理想选择。目前,R-SiC辊棒已在邯郸、焦作、佛山、江苏、东莞等地企业的生产陶瓷制品的辊道窑中推广应用,达到理想的使用效果。

 

 

 

碳化硅具有传统耐火窑具不可比拟的优越性:高温强度大,自重轻,不变形,不落脏,导热好蓄热小,寿命长。适合于各种高温工业炉窑尤其是跨度大、承重高的炉窑中做耐火窑具。

 

R-SiC辊棒、方梁、棚板等窑具制品经多家用户使用证明,可提高装填效率70%左右,节约能源50-60%。其技术指标达到九十年代国际同类产品先进水平,产品规格尺寸、使用温度及寿命等指标均居国内领先。

 

郑州锦荣耐磨材料有限公司技术部