同样是碳化硅火泥泥浆为什么对原料要求不一样？
2023-01-06 16:59:14 点击：
碳化硅火泥用于高炉碳化硅镶砖.干熄焦牛腿砖.铝电解槽碳化硅砖和陶瓷窑碳化硅砖的砌筑或粘结。目前碳化硅泥浆主要以碳化硅颗粒和细粉为主要原料，以液体酚醛树脂为结合剂，维护强度高.砌体结构稳定性和气密性好.稳定的物理和化学性能的优点。一些制造商使用碳化硅废砖制作氮化硅和碳化硅砖，用户也希望火泥的化学成分与砖相似。然而，氮化硅比碳化硅更容易氧化，因此含氮化硅的泥浆性能是否满足长期使用需要验证。碳化硅用于这项工作.氮化硅和氮化硅结合碳化硅废砖粉是氮化硅结合碳化硅砖的主要原料。.对比研究了粘结强度和抗氧化性。
1.试验
(1)原料及配比
主要原料为：粒度0.5～0mm和≤0.074mm.ω（SiC)=碳化硅粒度98.31%≤0.074mm.ω（Si3N4)=氮化硅为93.26%.5～0mm和≤0.074mm.ω（SiC)=74.42%.ω（Si3N4)=20.26%氮化硅与碳化硅废砖粉结合，选用液体酚醛树脂和少量添加剂。样品成分如表1所示。碳化硅原料样品标记为A，碳化硅复合氮化硅原料试样标记B，碳化硅结合碳化硅废砖粉原料试样标记C。
(2)试样制备及性能测试
将准备好的材料倒入搅拌机中，干拌1min，然后加入液体酚醛树脂湿混66min，制成泥浆，初始锥入度为450mm约为评价标准确定结合剂加入量，三组试样结合剂加入量分别为26%.31%和33%。然后按照。GB/T稠度(锥入度法)和抗折粘结强度(11008℃和180℃烘干24h,600℃.800℃和1300℃空气气氛及埋炭条件下的热处理3h），并制作50mm×50mm×50mm立方体试块抗氧化性能测试(600℃和800℃空气气氛)。
2结果与讨论
(1)原料对泥浆锥入度的影响
在温度为（25±5）℃，湿度为20%~25%的条件下，按照湿度为20%~25%的条件，GB/T22459.1-2008对三组试样进行锥入度测试，不同时间的锥入度如图1所示。可以看出，三组泥按450mm搅拌左右锥入度后，随着时间的推移，锥入度发生了很大的变化。合成碳化硅原料和碳化硅复合氮化硅原料AB随着时间的推移，样品的锥入度呈现先大后小的变化趋势。但在5h锥入度值保持在435mm上述材料具有较长的施工时间。分析认为酚醛树脂中有一定量的水.酒精和挥发性物质，初始水分和碳化硅原料不完全湿润，随着时间的推移逐渐湿润原料，材料锥度增加；此外，水分.酒精和挥发性物质的挥发会增加泥浆的粘度，导致锥入度降低。以废砖粉为主要原料的C样品锥入度基本呈现逐渐减小的变化趋势，可能是由于砖在使用过程中渗入少量碱性物质，混合后逐渐溶解，导致酚醛树脂固化，从而降低泥浆锥入度。
不同原料火泥样品锥入度随时间变化曲线图1
（2）原料对泥浆抗折粘结强度的影响
粘结样品在不同温度和气氛下进行热处理，热处理后的抗折粘结强度试验结果如图2所示。
图2原料在空气氛围中热处理后抗折粘结强度的变化图2
可见三组试样在110℃干燥后的抗折粘结强度差异较大，其中全碳化硅原料A样的粘结强度超过25MPa，碳化硅与氮化硅原料的B试样强度接近25MPa，以废砖粉为主要原料的C试样强度不足20MPa。180℃干燥后强度差别不大，均为22MPa左右。分析认为，低温泥浆的抗折粘结强度主要由酚醛树脂提供，因此三组样品的抗折强度相对较高。从图2中也可以看出，三组样品的强度在三个温度下相对较低，随着热处理温度的升高，以纯碳化硅为原料的样品A强度较高，B样品和C样品的强度差别不大。分析认为，酚醛树脂在中高温条件下在空气中逐渐氧化分解，不再发挥粘结剂的作用，系统强度主要由原料之间的烧结提供，氮化硅比碳化硅更容易氧化，少量氧化硅保护膜可提高样品常温抗折强度，但大量氧化会导致结构松散，降低强度。热处理后不同温度和气氛的抗折粘结强度对比如图3所示。
图3不同热处理条件对折粘结强度的影响
可见，三组试样在三种热处理温度下的抗折粘结强度略高于埋炭试样，特别是13000℃热处理时，其抗折粘结强度不足5MPa升高到了10MPa以上，A样强度超过14MPa。在所有热处理条件下，A样品的抗折粘结强度较高，可能是由于A样品泥浆所需的粘合剂量相对较小，挥发性分数挥发后留下的孔隙较少，热处理过程中样品烧结效果优于样品B和样品C。
（3）原料对泥浆抗氧化性能的影响
为研究不同原料氮化硅与碳化硅砖泥浆相结合的耐久性，三组耐火泥浆样品800套℃在条件下进行抗氧化性能比较实验，氧化后样品剖面照片如图4所示。
图4800℃抗氧化试样剖面照片
可见，三组试样8000℃氧化后，照片在样品周围出现一层氧化层，氧化层厚度较厚，A样品与C样品的氧化层厚度差别不大，A样品的抗氧化性能相对较好。分析认为8000℃当氮化硅比碳化硅更容易氧化时，氮化硅/碳化硅氧化后不能在样品表面形成稳定的釉层，因此氮化硅原料引入的B样品氧化更严重，C在样品中，氮化硅存在于原料中，其抗氧化性能略好于B样品，仍不如以纯碳化硅为原料的A样品。
3.结论
（1）碳化硅硅为原料的样品所需的粘结剂较少，以废砖粉为原料的样品所需的粘结剂较多。以合成原料为主要原料的两种泥浆的锥入度随着时间的推移而减小，以废砖粉为原料的泥浆的锥入度随着时间的推移而减小，不稳定。
(2)三组试样低温干燥后的抗折粘结强度较高，180℃干燥后的样品强度基本相同，约22MPa。但中高温热处理后强度较低，空气氛围下600℃和800℃热处理后试样强度不足5MPa。下热处理后，试样强度显著增加。13000。℃埋炭热处理后，试样强度均超过10MPa。
（3）以纯碳化硅为原料的样品具有良好的抗氧化性能，以废砖粉为原料的样品具有中等抗氧化性能，氮化硅原料样品的抗氧化性能相对较差。
