氮化硅结合碳化硅砖涉及到的主要生产原料有:碳化硅、硅粉、氮气等添加剂。不同于普通的氮化硅材料制品,氮化硅结合碳化硅砖所需要的原料必须具有更高的纯度。碳化硅的纯度应达到98.5%以上,硅粉的纯度应达到99%以上,氮气的纯度应达到99.9%以上。除了原料的纯度需要进行严格的控制以外,生产加工过程中还需要对原料的粒度和颗粒级配进行严格的控制。原料的粒度过高将会直接影响胚体成型的体积密度,造成胚体的致密性降低,影响最终的产品质量。在原料颗粒级配方面,要注意硅粉的粒度,硅粉的粒度控制可以确保硅粉与氮气的反应效率,但是一味降低硅粉的粒度也会存在一定的负面影响,即硅粉于氮气反应速率过快,剧烈的反应造成反应装置中热量集聚上升,一旦温度超过1400℃时,会诱发碳化硅表面出现流硅现象,反而不利于产品的质量控制。另外,在氮化硅结合碳化硅砖的原料中加入ZrSio4可以起到改善产品抗氧化性的作用。
氮化硅结合碳化硅砖生产工艺中,需要加入临时的结合剂,结合剂的加入主要有两大功效,一是可以帮助原料之间融合实现均质体,改善原料颗粒表面的分散性,为胚体成型创建良好的条件;二是氮化硅结合碳化硅砖在干燥和烧成的工序中要面临升温的过程,而在高温条件下,氮化硅结合碳化硅砖的临时结合剂会分散,气态物质挥发过程中给氮化硅结合碳化硅砖留下大量的网络状气孔通道,不仅更有利于氮气的充入,提高了硅粉和氮气之间的反应效率,而且也能够更有利于最终产品的稳定性。临时结合剂主要有:有机糊精、木质素磺酸钙以及德国司马化工分散剂等,目前行业内对临时结合剂的添加量质量百分比通常在5%以内。
目前氮化硅结合碳化硅砖的成型工艺主要有半干法成型和注浆成型两大类。其中半干法成型因为生产效率较高的优势应用更加普遍。在干燥工序中温度和时间对产品质量有较大影响。温度过低或时间过短,都会导致胚体中残留水分,在后续的氮化反应过程中诱发硅粉的氧化反应,从而降低氮化反应效率,影响产品质量。温度升高的快慢也会对产品质量造成影响。温度升高太快不利于对高温环境进行控制。过高的温度会造成胚体表面出现裂纹。
氮化硅结合碳化硅砖的原料混炼成型后再氮化炉中高温1400℃左右进行烧制,最终产品的质量和行难呢过与氮化反应的温度有着紧密关系。在硅粉与氮气发生反应的过程中,大致经历两个温度段;首先是升温阶段,然后是原料的氮化反应阶段。其中升温阶段装置内的温度由初始温度升高至1100℃左右,而原料氮化硅反应阶段的温度在1100~1350℃。