Вся электронная библиотека >>>

 Древесные отходы >>>

 

 

Огнеупоры и их применение


Раздел: Учебники

 

Нитрид кремния

 

 

Si3N4 используется в качестве связки карбидкремниевых огнеупоров, что значительно повышает их качество. В чистом виде это соединение испаряется при температуре >1900 °С, а в среде азота с давлением 0,1 МПа полностью диссоциирует, поэтому нитрид кремния не обладает сверхогнеупорностью. Однако в нейтральной или восстановительной среде он стабилен до 1850 °С. В частности, это соединение обладает большой химической стойкостью по отношению к расплавленным цветным металлам и очень малым коэффициентом ^термического расширения, благодаря чему устойчиво к быстрым теплосменам.

В последнее время в качестве жаростойких конструкционных^ материалов^ вместо специальных жаропрочных сплавов используют соединения SI3N4, A1N и SiC. *

Нитрид кремния имеет две "модификации: a-Si3N4 (низкотемпературная) и P-Si3N"4 (высокотемпературная). Есть также неопределенные формы, выявленные рентгеновским способом, а- и Р-формы модификации находятся в одном политипном взаимодействии. При ~1600 °С а переходит в р, однако обратный переход происходит с трудом. Имеется сообщение, что a-форме соответствует формула Siii,5Nl5Oo,5, но также подтверждается, что структура a-формы представляет структуру Si3N4.

Кристаллическая система нитрида кремния гексагональная. Параметры решетки a-формы: а0 — 775 пм, с0 = 561,9 пм, а Р-формы: а0 = 760,4 пм, с0 = 290,7 пм.

Пикнометрическая плотность a-формы 3,17, а р-формы 3,21. Коэффициент термического расширения a-формы 2,8- Ю-6 °С-1, в р-формы 3,0-10"6 °С-1.

Нитрид кремния — искусственный минерал, получают его реакцией синтеза, например азотирования порошка кремния.

По данному способу мелкий (<40 мкм) порошок нагревают в азоте при 1200—1450 °С. Реакция с выделением тепла протекает по следующей формуле: 3Si -f 2N2 = Si3N4. Скорость азотирования высокочистого кремния очень мала, поэтому для ускорения добавляют небольшие количества железа, кобальта, никеля, хрома, меди. Добавки влияют на образование а- или Р-модификации, а также на их свойства. Реакцию можно ускорить и добавив к среде азота аммиак и водород. В большинстве случаев при нагреве до температуры <1350 °С получают а-фазу.

Второй способ заключается в нагреве смеси кремнезема с углеродом в среде азота. Реакция протекает по уравнению 3Si02 -f 6С + -}- 2Na = Si3N4 -f- 6CO. В этом случае при температуре >1550 °С образуется SiC,- поэтому добавляют несколько процентов Fea03 и реакцию, по возможности, проводят при низких температурах. Затем железистые соединения можно удалить соляной кислотой.

Можно подействовать аммиаком на SiCl4, а затем получаемый осадок подвергнуть термическому разложению. Уместно также упомянуть способ, основанный на химическом напылении.

В производственных условиях нитрид кремния получают иными способами.

Этому соединению присуща прочная связываемость. При таком специфическом свойстве трудно изготовить клинкер с высокой плотностью при спекании, как например, в случае окислов алюминия и магния, обладающих ионными связями.

Готовую продукцию получают с помощью различных способов спекания, изложенных ниже.

Первый способ реакционного спекания заключается в следующем. В порошкообразный кремний добавляют оптимальное количество вяжущих веществ. Формование осуществляют различными способами, применяемыми в керамическом производстве. Сформованные полупродукты подвергают спеканию при нескольких сотнях градусов по Цельсию, чем удаляются связки, а затем нагревают в среде азота до 1450 °С. Одновременно с азотированием кремния получают клинкер. Поскольку реакции азотирования и спекания осуществляются одновременно, этот способ называют реакционным спеканием. Оно характеризуется тем, что в процессе обжига не происходит изменения размеров. Другая особенность заключается в том, что при малом объеме азотирования возможна механическая обработка.

При реакционном спекании получается продукция зеленого цвета. Плотность и прочность продукции можно изменять

Второй способ производственного получения нитрида кремния состоит в горячем прессовании.

Процессу прессования способствуют спекательные добавки MgO, А1203, Y2O3 Например, с помощью па- рофазной реакции по уравнению SiCl4 + N2 + Н2 -»- ^SisN4

Спекание происходит в атмосфере при высоких давлении и температуре, предотвращающей разложение

Обычное спекание с использованием эффективных спе- кательных добавок и твердого раствора Si3N4

Целесообразен для изготовления изделий сложной формы с низкой и средней степенью плотности

Готовая продукция обладает высокими плотностью и прочностью Целесообразен при покрытиях, выполнении герметичных отверстий, обработке труб и т. д.

Согласно этому способу, разработанному на основе многих исследований, в порошок высокочистого a-Si3N4 добавляют небольшие количества MgO, а затем нагревают смесь до 1800 °С. В этом случае Si02 и MgO, присутствующие на поверхности порошка, образуют MgO—Si02 (энста- тит или ромбический пироксен), который уплотняют с помощью плавления. Теоретически можно добиться —100 %-ной плотности. Однако образование при этом стеклофазы является причиной снижения прочности.

На поверхности зерен сырьевого нитрида кремния легко образуется Si02 в присутствии Са и Fe. С целью уменьшения содержания нежелательных примесей вместо MgO добавляют V203 (или V205) с А1203. Формование проводят на прессе псевдоизостатического действия.

Химическое напыление также используется для получения нитрида кремния. Однако этот способ еще недостаточно исследован.

Принципы и характеристика различных способов спекания Si3N4 показаны в табл. 168.

Основные свойства готовой продукции. Типичная характеристика реакционно-связанного нитрида кремния приводится ниже:

Нитрид кремния обладает высоким сопротивлением к разъедающему воздействию расплавленных цветных металлов. Не разъедается даже в расплавленном алюминии при 1000 °С в течение >3000 ч. В связи с этим нитрид кремния используется в качестве футеровочного материала для защитных тр) бок, в которые вставляются терм" пары, регистрирующие состоян расплава алюминия, а также в ка честве огнеупоров, которыми футеруются отверстия для выпуска жидкого металла. Шлакоустойчивость и химическая стойкость в электролитической ванне у Si3N4 сильнее, чем у SiC. Нитрид кремния также стоек к разъедающим жидкой стали и литейному чугуну, поэтому небольшие количества его часто добавляют в материалы, идущие на футеровку желоба для выпуска чугуна из доменной печи.

Нитрид кремния используют в качестве термостойких конструкционных материалов вместо жаропрочных сплавов, главным образом для изготовления деталей газовых турбин, работающих в максимально жестком режиме. Решение некоторых проблем технологии применения нитрида кремния позволит расширить его использование в промышленности высоких температур.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Огнеупоры и их применение

 

Смотрите также:

 

Огнеупоры. Для кладки ковшей шамотные кирпичи и высокоглиноземистые...

проведенных специальных испытаний предлагает использовать для футеровки ковшей огнеупоры на основе А12О3 с добавками (до 22 %) MgO [Ю].

 

ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Алюмосиликатные огнеупоры. Шамотные...

Кремнеземистые (динасовые) огнеупоры изготовляют из кварцевых пород (кварц, кварцит, кварцевый песок) с добавкой глины.

 

...материалы и изделия. Кремнеземистые динасовые огнеупоры....

Кремнеземистые (динасовые) огнеупоры получают из кварцевых пород (кварц, кварцит, кварцевый песок) с добавкой глины.

 

Шамотные огнеупоры. Изготовление легковесных шамотных огнеупоров...

Химический метод производства легковесных изделий мало распространен. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Алюмосиликатные огнеупоры.

 

ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ. Состав и свойства огнеупорных...

Состав и свойства огнеупорных изделий. Огнеупорами называются материалы и изделия, способные противостоять высокой температуре (от 1580°С и выше)...

 

Прочность и стойкость огнеупорных изделий

Предел прочности на сжатие огнеупоров определяется их структурой. Чем плотнее, мелкозернистее и однороднее структура огнеупорных изделий...

 

Химический состав огнеупорных изделий. По химическому составу...

Огнеупорность различных изделий зависит главным образом от химико-минерального состава и определяется в основном огнеупорностью исходного сырья. Огнеупоры.

 

ОГНЕУПОРНЫЙ КИРПИЧ. Кладка из огнеупорного кирпича шамотного...

Для кладки ковшей обычно использовали огнеупоры системы Al2O3-SiO2: шамотные кирпичи (63 % SiO2; 29 % А12О3) и высокоглиноземистые кирпичи из боксита...

 

Керамические материалы и изделия. Кирпич, черепица, огнеупоры

Керамические материалы и изделия получают из пластичной сырьевой массы путем ее формования, сушки и обжига при определенной температуре. Различают строительную и...

 

Высокоглиноземистые огнеупорные изделия - высокоглиноземистые...

Алюмосиликатные огнеупоры в зависимости от содержания SiO2 и А12О3 в обожженном продукте разделяют на три вида: полукислые, шамотные, высокоглиноземистые...

 

Последние добавления:

 

Древесные отходы   Производство древесноволокнистых плит   Материаловедение для столяров, плотников и паркетчиков  

Плотничьи работы Паркет      Деревянная мебель  Защитное лесоразведение  СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ   

Сушка и защита древесины     Сушка древесины 

 Древесноволокнистые плиты   Твердые сплавы   Бетон и железобетон  АРМАТУРНЫЕ И БЕТОННЫЕ РАБОТЫ