氮化硅结合碳化硅材料的特性及应用范围

王军

摘 要：时代的发展，促进了各个行业领域的迅速发展，尤其是工业化进程迅速，让矿山行业得到了进步和发展。从目前我国的现状来看，矿山机械制造行业存在诸多的问题，尤其是机械材料材质不耐腐蚀、不耐磨问题最为突出，对矿山和选厂设备使用寿命有着严重的影响。氮化硅结合碳化硅耐磨材料有着良好的性能，而且可根据使用要求成型各种尺寸，最重要的是有着极高的耐腐蚀性、耐磨性等。将氮化硅结合碳化硅耐磨材料运用到矿山机械当中，可以优化产品结构连接性，提升产品的品质性，这样才能让使用效果更佳理想。本文针对氮化硅结合碳化硅材料的特性及应用范围进行了论述，希望有一定的参考价值。

关键词：矿山；氮化硅结合碳化硅材料；应用

从我国目前矿山作業的现状来看，依然以机械工作为主，所以，机械长期的处于作业状况，从而导致磨损迅速失效情况比较突出，另外，因为磨损后产生的残渣不小心掉入到材料当中，最终给产品质量造成直接的影响。想要让矿山设备的使用寿命能够增加，需要进一步的研发新的耐磨材料，这对矿山行业的发展具有深远意义。陶瓷材料的形成，是由氮化硅结合碳化硅耐磨材料制造产生的，该产品结构非常优异，有着很强的强度及硬度，线性膨胀系数比较低，抗高温氧化能力、抗高温蠕变性非常良好，因此，在多个行业当中对氮化硅结合碳化硅耐磨材料进行了充分的运用。氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械当中的运用将会越来越多。

1 氮化硅结合碳化硅耐磨材料的特性

1.1 抗折强度较强

氮化硅结合碳化硅耐磨材料和粘土碳化硅制品相比，在抗折强度方面，氮化硅结合碳化硅耐磨材料是后者的两倍。这是由于通过高温烧接成形后，应用温度范围在1200-1400℃，不会影响其的强度，是粘土碳化硅强度的九倍[1-2]。

1.2 良好的抗氧化性，极强的耐腐蚀性和耐磨损性

对于金刚石、碳化硼等物质来讲，氮化硅、碳化硅的显微粒度比较小，另外，氮化硅本身摩擦系数也比较小，更存在相应的白润滑性，所以，氮化硅结合碳化硅材料有着良好的化学性能，对于一般的无机酸及碱液腐蚀具有一定的承受能力，当然，其中不包括氢氟酸，和粘土碳化硅制品相比，氮化硅结合碳化硅材料有着良好的抗氧化性。氮化硅结合碳化硅材料对熔融有色金属的侵蚀具有抵抗能力，铝、锌等物质无法对其润湿，其中绝缘性能较好。

1.3 高温抗蠕变性比较好

在实际制造当中，氮化硅结合碳化硅复合材料比较突出的变化就是尺寸变化，需要将其控制在1%以内，由于没有玻璃相，所以，不会发生耐火材料高温变形的现象，对于制品变形的情况也不会发生，更不会产生废品。

1.4 抗热震性较好

碳化硅和其他的材料相比，其的导热性非常良好，氮化硅在热膨胀率方面也极低，所以，氮化硅结合碳化硅复合材料其的抗热震性能极佳。如果整个过程中都处于冷热循环的环境下运用，尺寸变化不是很明显，温度从1300℃冷却到20℃，对其进行多次的加热循环，也不会给其带来影响。鉴于此，对于窑子温差的情况无需担心，更进一步的缩短了烧成的时间。

2 氮化硅结合碳化硅材料的生产

众所周知，氮化硅结合碳化硅材料从性能上来讲，它属于一种非氧化物陶瓷材料，和氧化物陶瓷材料比较，它有着自身独特的特性，氮化硅结合碳化硅材料有着极其的硬度、以及蠕变抗力，即时在高温环境下，这些性能也不会受到影响，可以说，因为其独特的优势是其他材料不可取代的。氮化硅结合碳化硅材料本身属于机械结合，也就是说，针状或纤维状Si3N4将细粒SiC进行了包裹，然后和碳化硅进行了融合产生的。从目前的现状来看，氮化硅结合碳化硅材料是陶瓷窑炉当中不可缺少的一种耐火材料，更被充分的运用到其中，氮化物结合碳化硅材料逐渐的取代了粘土结合碳化硅材料，另外，因为氮化硅结合碳化硅材料性价比不高，所以，和再结晶或重结晶碳化硅相对比，氮化硅结合碳化硅材料在市场上更有发展前景[3]。

3 矿山机械中氮化硅结合碳化硅耐磨材料的应用

从我国目前的矿山机械技术发展现状来看，得到了进一步的发展，这和新材料及新工艺的运用有着直接的联系性。矿山机械受砂石冲刷很容易受到磨损，所以，运用氮化硅结合碳化硅材料更为适宜，特别是在腐蚀性、高温环境下作业，氮化硅结合碳化硅材料的作用价值更为突出。

3.1 在砂浆泵中的应用

在矿山设备当中，砂浆泵使用比较普遍，对于采矿、清淤等作业工作的完成，每个环节有着极强的磨蚀性，由于渣浆浓度比较高，有着很强的渣浆腐蚀性，因此，对于材料的选择，必须突出高耐磨及高耐腐蚀性。在我国大部分的渣浆泵耐磨零部件当中，高铬铸铁运用比较广泛，使用寿命一般为60至90天之间，想要延长其的使用寿命，需要进一步的升级泵用材料，如，铸铁升级为特种金属合金及橡胶制品，最终发展成工程塑料、陶瓷等，从而延长自身的使用寿命；我们可以将氮化硅结合碳化硅材料当做叶轮、泵壳、密封件，从而让其的使用寿命延长，甚至达到数十倍。我国目前对国外的氮化硅结合碳化硅陶瓷材料叶轮进行了大量的引进和运用，然而，对于该类型泵的生产，我国的生产厂家比较少。

3.2 在水力旋流器中的应用

氮化硅结合碳化硅陶瓷使用的范围比较大，如，水力旋流器的沉砂口、喷嘴等方面都能够充分的发挥其的作用价值，在制作水力旋流器沉砂口当中，现应用国内生产的粘土的碳化硅复合材料，其的冲击和应力比较小，和橡胶件对比，磨损速度比较慢，而且使用寿命比较长，和上年同个时间段相比，水力旋流器给料泵机件的单位修理费减少了很多，更很大程度的节省了劳动工资及磨损环节的费用，所以，将氮化硅运用到水力旋流器内衬里具有很大的优势。

3.3 在重介质溜槽的中的应用

应用于重介质溜槽、搅拌槽、矿斗，各种输送管道及弯头内衬，由于受矿砂的冲刷的影响使应用环境存在一定的复杂性，因为不管是在耐腐蚀性方面，还是在耐磨度方面都较为复杂，溜槽内壁的磨损形式非常突出，而且冲蚀磨损的类型比较多样化，如，撞击磨损、微切削磨损等。所以，将氮化硅结合碳化硅陶瓷作衬里可以优化产品达到提升效果。其耐磨性是普通铸铁、橡胶使用寿命的5-20倍。

4 应用前景

氮化硅结合碳化硅材料和其他材料相比，本身有着高耐磨性及耐热性，更在磨料磨具和耐火材料等行业被广泛的运用，通过研究发现，氮化硅结合碳化硅材料在矿山行业当中使用比较少见，所以，应该对观念进行改变，并且多次进行尝试。氮化硅结合碳化硅陶瓷的应用，需要对其和其他部件的连接性、均匀性等方面进行提升，更要对碳化硅和氮化硅进行充分的运用，从而让其的韧性得到改善。在氮化硅和碳化硅中运用稀土和氧化物活化剂，可以使得其的常温耐压和抗折强度得到增加，更缩短了烧结时间。另外，引用氮化硅结合碳化硅材料可降低生产费用，延长设备运转周期，所以，在矿山、选厂当中非常适用，更有着极高的灵活性。

5 结束语

我国在研发氮化硅结合碳化硅材料方面虽然取得了一定的成效，然而在成型技术、低生产成本等方面还需要多加努力，这样是为了能够让氮化硅结合碳化硅材料的灵活性得到提升，更增加其的适用范围，只有研制出更好的耐磨材料，才能达到矿产资源高节约、高效综合利用的效果。

参考文献

[1]刘景林.由碳化硅及氮化硅制造的陶瓷材料的强度[J].耐火与石灰，2017（04）：18-19.

[2]张力强.粉体粒度对重介质旋流器氧化铝陶瓷衬里耐磨性的影响[J].煤炭技术，2016，29（01）：134-137.

[3]李安宁.氧化硅结合的碳化硅砖在鞍钢高炉上的应用[J].钢铁，2016（04）：11-12.