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氮化硅用做高級耐火材料,如與sic結合作SI3N4-SIC耐火材料用于高爐爐身等部位;如與BN結合作SI3N4-BN材料,用于水平連鑄分離環。SI3N4-BN系水平連鑄分離環是一種細結構陶瓷材料,結構均勻,具有高的機械強度。耐熱沖擊性好,又不會被鋼液濕潤,符合連鑄的工藝要求。
氮化硅制品按工藝可以分為反應燒結制品、熱壓制品、常壓燒結制品、等靜壓燒結制品和反應重燒制品等。
反應燒結法生產氮化硅制品是將磨細的硅粉(粒度一般小于80μm),用機壓或等靜壓成型,坯體干燥后,在氮氣中加熱至1350~1400℃,在燒成過程中同時氮化而制得。采用這種生產方法,原料條件和燒成工藝及氣氛條件對制品的性能有很大的影響。
硅粉中含有許多雜質,如Fe,Ca,Aì,Ti等。Fe被認為是反應過程中的催化劑。它能促進硅的擴散,但同時,也將造成氣孔等缺陷。Fe作為添加劑的主要作用:在反應過程中可作催化劑,促使制品表面生成SiO2氧化膜;形成鐵硅熔系,氮溶解在液態FeSi2中,促進β-Si3N4的生成。但鐵顆粒過大或含量過高,制品中也會出現氣孔等缺陷,降低性能。一般鐵的加入量為0~5%。Al,Ca,Ti等雜質,易與硅形成低共熔物。適當的添加量,可以促進燒結,提高制品的性能。
硅粉的粒度越細,比表面積越大,則可降低燒成溫度。粒度較細的硅粉與粒度較粗的硅粉相比,制品中含α- Si3N4的量增高。降低硅粉的粒徑,可以降低制品的顯微氣孔尺寸。適當的粒度配比,可以提高制品密度。
溫度對氮化速率影響很大。在970~1000℃氮化反應開始,在1250℃左右反應速率加快。在高溫階段,由于是放熱反應,若溫度很快超過硅的熔點(1420℃),則易出現流硅,嚴重的將使硅粉坯體熔融坍塌。