Propiedades del carburo de silicio
El carburo de silicio (SiC), también conocido como arena de carborundo, rara vez se encuentra en la naturaleza y se utiliza habitualmente como materia prima sintética en la industria. Obtiene excelentes propiedades de resistencia térmica y resistencia al desgaste. Tiene dos formas cristalinas: morfología de baja temperatura β-SiC, que pertenece a la estructura cúbica, y forma de alta temperatura α-SiC que pertenece a la estructura hexagonal. El carburo de silicio tiene dos tipos según el color: carburo de silicio verde y carburo de silicio negro.
Su densidad real es de 3,21 g/cm3 y la temperatura de descomposición (sublimación) es de 2600 ℃.
Es un material duro con una dureza Mohs de 9,2.
El coeficiente de expansión térmica del SiC no es significativo y el coeficiente de expansión térmica promedio del SiC es 4,4 dentro del rango de 25 ℃ ~ 1400 ℃ × 10-6/℃.
Rendimiento del carburo de silicio.
El carburo de silicio tiene una alta conductividad térmica (58,6W/m · K). Normalmente, cuanto mayor es el contenido de SiC, menor es la temperatura y mayor es la conductividad térmica. El bajo coeficiente de expansión térmica y la alta conductividad térmica pueden hacer que los materiales refractarios de SiC tengan una buena estabilidad al choque térmico.
A bajas temperaturas, las propiedades químicas del carburo de silicio son relativamente estables, con excelente resistencia al desgaste y a la corrosión. También es resistente a la corrosión en ácido clorhídrico hirviendo, ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico. Sin embargo, a altas temperaturas puede reaccionar con ciertos metales, sales y gases. El carburo de silicio permanece estable en una atmósfera reductora hasta 2600 ℃, pero la oxidación ocurre en una atmósfera oxidante de alta temperatura:
SiC+2O2 → SiO2+CO2
Además, el material de carburo de silicio es un no óxido con fuertes enlaces covalentes y mala capacidad de sinterización con óxidos.
El SiC se usa ampliamente como aditivo para mejorar las propiedades de los materiales, especialmente la resistencia a la escoria y la estabilidad al choque térmico, debido a sus ventajas como el bajo coeficiente de expansión térmica, la alta conductividad térmica, la alta resistencia a altas temperaturas, la buena resistencia a la escoria y la capacidad de formar oxidación protectora.
Usos del material de carburo de silicio:
Carburo de silicio (SiC) en materiales refractarios moldeados
En materiales refractarios moldeados, el carburo de silicio se puede utilizar como componente principal para fabricar productos de SiC o como aditivo para fabricar productos semi-SiC.
El material refractario de SiC se refiere a un tipo de material refractario avanzado con SiC como componente principal, que se cuece a partir de SiC industrial como materia prima, también conocido como productos de SiC. Los productos de SiC se pueden clasificar según el contenido de SiC, el tipo de aglutinante y la cantidad añadida. El rendimiento de los materiales depende en gran medida de las condiciones de unión entre las partículas de SiC del material. Por tanto, los productos de SiC suelen clasificarse según el tipo de fase de unión. Según las diferentes fases de unión, existen cerámicas de carburo de silicio como SiC unido por óxido, SiC unido por nitruro, SiC autoadherido, SiC sinterizado por reacción de infiltración de silicio, etc. Los productos refractarios semi-SiC son aquellos que contienen carburo de silicio como secundario
. o componente auxiliar. Según sus diferentes materiales, existen productos de SiC de clinker de arcilla, productos de carburo con alto contenido de óxido de aluminio y productos de SiC de corindón. Debido a la presencia de carburo de silicio en estos productos, su estabilidad al choque térmico, su conductividad térmica y su resistencia mejoran significativamente.
Agregar una pequeña cantidad de carburo de silicio a los productos de SiC de clinker de arcilla tiene un efecto significativo en la mejora de la estabilidad al choque térmico de los productos. A medida que aumenta el contenido de polvo fino de SiC en los ingredientes, la estabilidad al choque térmico de los productos mejora gradualmente. Al agregar una cantidad adecuada de SiC (la cantidad más adecuada es 30%) a productos con alto contenido de aluminio y SiC y agregar una cantidad adecuada de ácido fosfórico, los productos tienen una alta estabilidad al choque térmico, buena conductividad térmica y alta resistencia. Agregar una pequeña cantidad de polvo fino de SiC a los productos de corindón SiC puede mejorar significativamente su estabilidad al choque térmico. A medida que aumenta la cantidad de polvo fino de SiC, la estabilidad al choque térmico aumenta regularmente. Por ejemplo, usando corindón marrón como agregado, agregando un 10% de polvo fino de SiC, usando ácido fosfórico como aglutinante, conformado a alta presión y tratamiento térmico a 1450 ℃ para producir ladrillos de rieles deslizantes para hornos de calentamiento de laminación de acero, el efecto de la aplicación es bien.
Carburo de silicio (SiC) en materiales refractarios amorfos
En materiales refractarios amorfos, el carburo de silicio se puede utilizar como componente principal para fabricar moldes a base de SiC. Funciona como aditivo para mejorar el rendimiento de otros hormigones, especialmente en términos de resistencia a la escoria y estabilidad al choque térmico. La investigación sobre la mejora de las propiedades moldeables mediante SiC se centra principalmente en aspectos como los moldeables de corindón y los moldeables con alto contenido de alúmina.
La aplicación más común del SiC en materiales refractarios amorfos es para el revestimiento de trabajo del canal de derivación del alto horno, que tiene una historia de más de 20 años y tiene un buen rendimiento. En la actualidad, el moldeable Al2O3-SiC-C se usa ampliamente en altos hornos más grandes tanto a nivel nacional como internacional, lo que extiende en gran medida la vida útil del canal de hierro. Además, los materiales refractarios amorfos que contienen SiC se utilizan ampliamente en la industria del hierro y el acero como revestimientos para pretratamiento de metales calientes, cubilotes y hornos de inducción; El revestimiento de la pared lateral de la cámara de combustión y el revestimiento protector del tubo de la caldera del incinerador de basura; Revestimiento del precalentador de hornos de cemento en la industria del cemento; Revestimiento del separador ciclónico de centrales térmicas, cámara de combustión, revestimiento y separador de alta temperatura de calderas de lecho fluidizado circulante; Los hornos de cocción arrojan tableros, así como salidas de silicio y aluminio en la industria cerámica.
En resumen, la adición de SiC puede mejorar la resistencia a altas temperaturas y la estabilidad al choque térmico de los moldes a base de Al2O3-SiO2. Sin embargo, aún no se han publicado investigaciones sobre la resistencia del SiC a la corrosión por escoria de plomo.
Pero el SiC es termodinámicamente fácil de reaccionar con el oxígeno del aire. En aplicaciones prácticas, especialmente a altas temperaturas, baja presión de oxígeno y efectos a largo plazo, la velocidad de oxidación del SiC es muy rápida.
Mediante el estudio de la microestructura de la capa de oxidación a alta temperatura en la superficie del SiC, se encontró que la capa de oxidación generada por materiales de SiC en el rango de 1040~1560 ℃ tiene las siguientes características en su resistencia a la oxidación a alta temperatura:
1) Por debajo de 1360 ℃, la capa de oxidación que se forma en la superficie de las partículas de SiC es muy fina. No hay cambios significativos en la microestructura. La resistencia a la oxidación es buena y se encuentra en una etapa estable de resistencia a la oxidación.
2) Cuando la temperatura excede los 1360 ℃, el espesor de la capa de óxido en la superficie del SiC aumenta significativamente con el aumento de la temperatura. La capa de óxido formada tiene muchos poros. Sin embargo, debido al aumento gradual de la capa de óxido, el SiC todavía muestra un rendimiento antioxidante suficientemente alto. Este proceso es una etapa de transición.
3) Por encima de 1520 ℃, el espesor de la capa de óxido es mayor y la superficie exterior es relativamente plana. Sin embargo, el SiO2 en estado fundido tiene una gran fluidez, lo que hace que la capa de oxidación en los bordes y esquinas de las partículas de SiC sea más delgada. El gas de la reacción de oxidación del SiC es propenso a escapar y formar poros. Eso proporciona un canal para que entre oxígeno, acelerando la tasa de oxidación del SiC. Esta etapa es una etapa de oxidación rápida.
4) No existe una zona de transición obvia entre la capa de SiO2 formada en la superficie y la matriz de SiC.
