影响氮化硅结合碳化硅制品质量的因素及其控制措施研究

任 云，任 霞，刘长春，任 江

（沈阳长信碳化硅微粉有限公司，辽宁 新民 110324）

氮化硅结合碳化硅材料是一类新型耐火材料，该类材料中又包含更细的类别，如氮化硅结合碳化硅辐射管、氮化硅结合碳化硅砖等等。由于该类材料具备多种优良性能，氮化硅结合碳化硅材料因具有的节能环保特点更是从众多同性能产品中脱颖而出，未来的市场发展前景良好。

氮化硅结合碳化硅制品的生产工艺流程图如图1所示。

图1 氮化硅结合碳化硅制品的生产工艺流程

1 原料性质的影响

氮化硅结合碳化硅制品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，氮化硅结合碳化硅制品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之外，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，即硅粉与氮气反应速率过快，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制品的原料中加入ZrSiO4可以起到改善产品抗氧化性的作用。

2 结合剂的影响

氮化硅结合碳化硅制品生产工艺中，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制品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，氮化硅结合碳化硅制品中的临时结合剂会分解，气态物质挥发过程中给氮化硅结合碳化硅制品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等，目前行业内对于临时结合剂的添加量质量百分比通常在5%以内。

3 成型工艺的影响

目前，氮化硅结合碳化硅制品的成型工艺主要有半干法成型和注浆成型两大类。其中半干法成型因生产效率较高的优势应用更加普遍。国内主要采用的是注浆法成型，这就要求浆料性能一定要好，决定浆料好坏的因素有很多，其中碳化硅微粉的表面处理占有很重要的地位。这种原料的来源基本靠进口——法国的圣戈班公司，2018年沈阳长信碳化硅微粉有限公司通过自主研发，成果的攻克了难关，研发出了专门用于氮化硅结合碳化硅制品的碳化硅微粉，不仅摆脱了对国外产品的依赖，在产品性能上也有了很大的提高，体积密度由2.52g/mL提高到了2.57g/mL；20℃的平均抗弯强度由90P提高到了100MP。不论哪种工艺，坯体的体积密度会直接影响到氮化质量。

4 干燥制度的影响

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。

5 装窑方式的影响

氮化工序之前的装窑方式可能对质量造成影响的因素是胚体之间的缝隙间隔。胚体之间应留有一定的空间，为氮气的顺畅渗透填充提供有利条件，避免出现因装窑总量过多导致流硅现象。

6 氮化制度的影响

氮化硅结合碳化硅制品的原料混炼成型后在氮化炉中高温1400℃左右进行烧制，最终产品的质量和性能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，而原料氮化反应阶段的温度在1100～1350℃。

7 结 语

氮化硅结合碳化硅制品的市场需求量正在稳步提升，对于生产企业来说，这是十分有利的市场机遇。为了赢得良好的市场口碑，提高企业产品在市场中的竞争力，必须对影响氮化硅结合碳化硅制品质量的影响因素进行分析，并制定和采取有效的控制措施，使氮化硅结合碳化硅制品的质量更有保障，加快推动企业实现更高的经营发展战略目标。