氮化硅结合碳化硅材料是各种粒度的碳化硅砂配入一定比例的金属硅粉,加入结合剂,在高温下充入高纯氮气,反应生成的氮化硅把碳化硅颗粒牢固地结合在一起,因此,以氮化硅结合碳化硅材料做窑具具有良好的热力学性能;高温强度高,导热性好,热膨胀系数小,耐酸碱腐蚀,抗氧化性好。氮化硅结合碳化硅窑具的抗折强度随温度升高而升高,到1400℃时强度开始下降,但到1500℃时仍保持常温抗折强度指标。氮化硅结合碳化硅材料的高温抗折强度是普通耐火材料的4~8倍,热膨胀系数是高铝耐火材料的一半,导热系数是一般耐火材料的7~8倍,目前已经在卫生陶瓷、高氧化铝制品、电瓷、电子陶瓷及砂轮行业等得到广泛的应用。
1 氮化硅结合碳化硅窑具的应用范围及应用特点
氮化硅结合碳化硅窑具因其耐高温、导热快、蓄热小、高温强度高、使用寿命长等特性,广泛使用于电瓷、高铝及中铝球、砂轮、卫生洁具、及其他特种陶瓷行业、氧化物棚板支架等。
1.1 电瓷行业
电瓷行业采用氮化硅结合碳化硅窑具来烧成绝缘子,套管等。电瓷的烧成温度一般不高,在 1250~1320℃之间,产品烧成时间比较长,急冷急热条件不苛刻,对热震性要求不高,但其承重比较大,特别是吊烧用的卡板,承重在200~300kg 以上,此类窑具产品主要是要求密度及抗折强度大。
1.2 高铝及中铝球行业
氧化铝球是陶瓷釉料和高级陶瓷坯料生产中重要研磨介质,广泛应用于日用瓷、卫生瓷、电瓷等各类陶瓷生产中,氧化铝球烧成温度高,一般在1450~1550℃之间,单块棚板承重较大,在30kg左右,一般采用隧道窑烧成,有一定的急冷急热环境,因此需要氮化硅结合碳化硅窑具具有密度较高、抗折强度好,同时具有良好的抗热震性能。
1.3 砂轮行业
砂轮行业窑具的使用温度在1300~1350℃,单块棚板上的承重很大,能达到100kg 以上,烧成周期长,因此使用氮化硅结合碳化硅材料窑具相对于早期使用的粘土砖或粘土结合碳化硅板窑具更薄,高温强度更高,使用寿命更长。既节约了装炉空间,提高了产能,还节约了成本。
1.4 建筑卫生陶瓷
建筑卫生陶瓷绝大多数采用隧道窑烧成,烧成温度1250℃左右,烧成周期较短,进出窑炉周期不足24小时,烧成过程中有急冷急热。因此对于氮化硅结合碳化硅窑具来说要求抗热震性能好,高温强度高,抗氧化性好。
综上所述,氮化硅结合碳化硅窑具的性能需要具有高密度、抗氧化性、及抗热震性能等三个方面。氮化硅结合碳化硅窑具的抗热震性能被破坏、不合理的支撑方式、承重变形因素等是导致使用性能降低的重要原因。