Proprietà del carburo di silicio
Il carburo di silicio (SiC), noto anche come sabbia di carborundum, si trova raramente in natura ed è comunemente utilizzato come materia prima sintetica nell’industria. Acquisisce eccellenti proprietà di resistenza termica e resistenza all’usura. Ha due forme cristalline: morfologia a bassa temperatura β-SiC, appartenente alla struttura cubica, e forma ad alta temperatura α-SiC appartenente alla struttura esagonale. Il carburo di silicio ha due tipi in base al colore: carburo di silicio verde e carburo di silicio nero.
La sua densità reale è 3,21 g/cm3 e la temperatura di decomposizione (sublimazione) è 2600 ℃.
È un materiale duro con una durezza Mohs di 9,2.
Il coefficiente di espansione termica del SiC non è significativo e il coefficiente di espansione termica medio del SiC è 4,4 nell’intervallo 25 ℃~1400 ℃ × 10-6/℃.
Prestazioni del carburo di silicio
Il carburo di silicio ha un’elevata conduttività termica (58,6 W/m · K). Di solito, maggiore è il contenuto di SiC, minore è la temperatura e maggiore è la conduttività termica. Il basso coefficiente di dilatazione termica e l’elevata conduttività termica possono far sì che i materiali refrattari SiC abbiano una buona stabilità allo shock termico.
A basse temperature, le proprietà chimiche del carburo di silicio sono relativamente stabili, con eccellente resistenza all’usura e alla corrosione. È anche resistente alla corrosione nell’acido cloridrico bollente, nell’acido solforico e nell’acido fluoridrico. Tuttavia, a temperature elevate, può reagire con alcuni metalli, sali e gas. Il carburo di silicio rimane stabile in un’atmosfera riducente fino a 2600 ℃, ma l’ossidazione avviene in un’atmosfera ossidante ad alta temperatura:
SiC+2O2 → SiO2+CO2
Inoltre, il materiale in carburo di silicio è un non-ossido con un forte legame covalente e una scarsa capacità di sinterizzazione con gli ossidi.
Il SiC è ampiamente utilizzato come additivo per migliorare le proprietà dei materiali, in particolare la resistenza alle scorie e la stabilità allo shock termico, grazie ai suoi vantaggi quali basso coefficiente di dilatazione termica, elevata conduttività termica, elevata resistenza alle alte temperature, buona resistenza alle scorie e capacità di formare ossidazione protettiva.
Materiale in carburo di silicio Usi:
Carburo di silicio (SiC) in materiali refrattari sagomati
Nei materiali refrattari formati, il carburo di silicio può essere utilizzato come componente principale per realizzare prodotti SiC o come additivo per realizzare prodotti semi-SiC.
Il materiale refrattario SiC si riferisce a un tipo di materiale refrattario avanzato con SiC come componente principale, che viene cotto da SiC industriale come materia prima, noto anche come prodotti SiC. I prodotti SiC possono essere classificati in base al contenuto di SiC, al tipo di legante e alla quantità aggiunta. Le prestazioni dei materiali dipendono in gran parte dalle condizioni di legame tra le particelle di SiC nel materiale. Quindi i prodotti SiC vengono solitamente classificati in base al tipo di fase di legame. In base alle diverse fasi leganti, esistono ceramiche al carburo di silicio come SiC legato con ossido, SiC legato con nitruro, SiC autolegato, SiC sinterizzato con reazione di infiltrazione di silicio, ecc. I prodotti refrattari semi-SiC sono quelli contenenti carburo di silicio come
secondario o componente ausiliario. In base ai diversi materiali, esistono prodotti SiC di clinker di argilla, prodotti ad alto contenuto di carburo di ossido di alluminio e prodotti SiC di corindone. Grazie alla presenza di carburo di silicio in questi prodotti, la loro stabilità allo shock termico, conduttività termica e resistenza risultano significativamente migliorate.
L’aggiunta di una piccola quantità di carburo di silicio ai prodotti SiC di clinker di argilla ha un effetto significativo sul miglioramento della stabilità allo shock termico dei prodotti. All’aumentare del contenuto di polvere fine di SiC negli ingredienti, la stabilità dei prodotti allo shock termico migliora gradualmente. Aggiungendo una quantità adeguata di SiC (la quantità più adatta è il 30%) ai prodotti SiC ad alto contenuto di alluminio e aggiungendo una quantità adeguata di acido fosforico, i prodotti hanno un’elevata stabilità allo shock termico, una buona conduttività termica e un’elevata resistenza. L’aggiunta di una piccola quantità di polvere fine di SiC ai prodotti SiC di corindone può migliorare significativamente la loro stabilità allo shock termico. All’aumentare della quantità di polvere fine di SiC, aumenta regolarmente la stabilità allo shock termico. Ad esempio, utilizzando corindone marrone come aggregato, aggiungendo il 10% di polvere fine di SiC, utilizzando acido fosforico come legante, formatura ad alta pressione e trattamento termico a 1450 ℃ per produrre mattoni con guide di scorrimento per forni di riscaldamento a laminazione dell’acciaio, l’effetto dell’applicazione è Bene.
Carburo di silicio (SiC) in materiali refrattari amorfi
Nei materiali refrattari amorfi, il carburo di silicio può essere utilizzato come componente principale per realizzare calcinabili a base di SiC. Funziona come additivo per migliorare le prestazioni di altri calcinabili, soprattutto in termini di resistenza alle scorie e stabilità allo shock termico. La ricerca sul miglioramento delle proprietà dei calcinabili da parte del SiC si concentra principalmente su aspetti quali i calcinabili in corindone e quelli ad alto contenuto di allumina.
L’applicazione più comune del SiC nei materiali refrattari amorfi è per il rivestimento di lavoro del canale di spillamento dell’altoforno, che ha una storia di oltre 20 anni e offre buone prestazioni. Attualmente, il calcinabile Al2O3-SiC-C è ampiamente utilizzato negli altiforni più grandi sia a livello nazionale che internazionale, estendendo notevolmente la durata del canale di ferro. Inoltre, i materiali refrattari amorfi contenenti SiC sono ampiamente utilizzati nell’industria siderurgica come rivestimenti per il pretrattamento del metallo caldo, cubilotti e forni a induzione; Il rivestimento della parete laterale della camera di combustione e il rivestimento protettivo del tubo della caldaia dell’inceneritore di rifiuti; Rivestimento del preriscaldatore del forno da cemento nell’industria del cemento; Il rivestimento del separatore a ciclone delle centrali termoelettriche, la camera di combustione, il rivestimento e il separatore ad alta temperatura delle caldaie a letto fluido circolante; I pannelli dei forni di cottura, nonché gli sbocchi del silicio e dell’alluminio nell’industria della ceramica.
In sintesi, l’aggiunta di SiC può migliorare la resistenza alle alte temperature e la stabilità allo shock termico dei calcinabili a base di Al2O3-SiO2. Tuttavia, non sono ancora state effettuate ricerche sulla resistenza del SiC alla corrosione delle scorie di piombo.
Ma il SiC è termodinamicamente facile da reagire con l’ossigeno presente nell’aria. Nelle applicazioni pratiche, soprattutto in condizioni di alte temperature, bassa pressione di ossigeno ed effetti a lungo termine, il tasso di ossidazione del SiC è molto rapido.
Attraverso lo studio della microstruttura dello strato di ossidazione ad alta temperatura sulla superficie del SiC, si è scoperto che lo strato di ossidazione generato dai materiali SiC nell’intervallo 1040~1560 ℃ presenta le seguenti caratteristiche di resistenza all’ossidazione ad alta temperatura:
1) Al di sotto di 1360 ℃, lo strato di ossidazione formato sulla superficie delle particelle di SiC è molto sottile. Non ci sono cambiamenti significativi nella microstruttura. La resistenza all’ossidazione è buona ed è in uno stadio stabile di resistenza all’ossidazione.
2) Quando la temperatura supera i 1360 ℃, lo spessore dello strato di ossido sulla superficie del SiC aumenta significativamente con l’aumento della temperatura. Lo strato di ossido formato ha molti pori. Tuttavia, a causa del graduale aumento dello strato di ossido, il SiC mostra ancora prestazioni antiossidanti sufficientemente elevate. Questo processo è una fase transitoria.
3) Al di sopra di 1520 ℃, lo spessore dello strato di ossido è maggiore e la superficie esterna è relativamente piatta. Tuttavia, il SiO2 allo stato fuso ha una forte fluidità, rendendo più sottile lo strato di ossidazione sui bordi e sugli angoli delle particelle di SiC. Il gas derivante dalla reazione di ossidazione del SiC tende a fuoriuscire e a formare pori. Ciò fornisce un canale per l’ingresso dell’ossigeno, accelerando il tasso di ossidazione del SiC. Questa fase è una fase di ossidazione rapida.
4) Non esiste una zona di transizione evidente tra lo strato di SiO2 formato sulla superficie e la matrice di SiC.
