Вся электронная библиотека >>>

 Древесные отходы >>>

 

 

Огнеупоры и их применение


Раздел: Учебники

 

Сиалон и нитрид алюминия

 

 

Сиалон — сокращенное название соединения Silicon Aluminium Oximtride.

Среди материалов рассматриваемой системы особое внимание следует обратить на соединение, в котором к свойствам Si3N4 (низкое термическое расширение, стойкость к теплосменам, высокая температурная прочность) добавляются свойства А1203 (кислотоустойчи- вость, хорошее сопротивление к действию различных шлаков). Однако это соединение трудно получить, поскольку на границах его зерен остается Х-фаза, снижающая высокотемпературную прочность и теплопроводность, часто приводит к изменению свойств.

В результате последующих исследований для замещения кремния в Si3N4, кроме алюминия, брали другие различные металлы, в частности бериллий. Недостаток положительных зарядов балансировался путем замещения N3" на О8-. В сбалансированной модификации обнаружено присутствие соединения, называемого в широком смысле сиалоном, имеющего форму P'-Si3N4. Считают, что на основе дальнейших исследований имеется возможность обнаружить соединение с еще лучшими свойствами.

Для оптимизации свойств сиалона необходимо знать диаграмму состояния системы Si3N4—A1N—SЮ2—А1203, которая, к сожалению, еще не завершена. Известна только диаграмма состава соединения, показанная на  142. Часть изотермического участка этой системы при 1750 °С представлена на  143, иллюстрирующем фазовое равновесие.

Алюминиевый эквивалент, %

Кислотоустойчивость клинкера горячего прессования, как видно из  144, повышается вместе с увеличением доли А1203. ДЛЯ получения только Р'-фазы, не содержащей Х-фазы, целесообразно заранее примешать A1N. В этом случае при излишке нитрида алюминия могут возникать его различные модификационные соединения.

Такие модификации получают в большом количестве при добавках алюминия в кремнезем и вулканический пепел при последующем нагреве в среде азота. Оксинитрид, О'-фазу тоже еще достаточно полно не исследовали. Много неясного и в отношении ее применения.

Бериллий почти так же влияет на P'-Si8N4, как и алюминий. Изотермический участок системы Si3N4 — ВеО — Be3Na — Si02 при 1780 °С -изображен на  145. В данном случае |3'-Si3N4 получают аналогичным образом с крайне высокой термической стойкостью (благодаря ВеО) и хорошей кислотостойкостью. Систему Si3N4 — Y203 — A12Os можно назвать сиалоном в широком смысле, или иттриевым сиалоном.

Нитрид алюминия как соединение впервые синтезировано в 1862 г. немецким химиком Гойхером. При нагревании с NaOH в автоклаве A1N разлагается с образованием алюмината натрия и аммиака. Эту реакцию пытались использовать для получения аммиака из азота воздуха (способ Серпека), но метод не нашел практического применения.

Нитрид алюминия получают при нагреве до 1750 °С порошковой смеси боксита с коксом в атмосфере азота. Реакция протекает по следующему уравнению:

А1203 + ЗС + N2 2A1N + ЗСО, однако плотного клинкера не получается.

С 1950 г. нитридом алюминия снова заинтересовались наряду с BN, Si3N4 и др. как продукцией новой керамики. Дело в том, что жаропрочные нитриды обладают химической стойкостью к жидким металлам, отличными электроизоляционными свойствами, хорошей стабильностью даже при высоких температурах и превосходной устойчивостью к тепловцм ударам. Порошок A1N стабилен в сухом воздухе, но легко реагирует с водой при выделении NH3. Пока еще мало данных по его устойчивости к различным средам. Под давлением 0,4 МПа оц, плавится при 2200 °С. Затем спеканием при нормальном давлении получили нитридалюминиевый огнеупор. Однако формованные изделия оказались йбристыми, а предел прочности их на разрушение составлял всего лишь 80 МПа. Б 1960 г. сотрудники американской фирмы «Кар- борандум» Тэйлор, Лэни и др. получили плотное соединение с пределом прочности на разрушение уже 300 МПа.

В Японии есть ряд достижений в области исследований высокотемпературных конструкционных материалов, в частности нитрида алюминия. Разработан способ получения плотных клинкеров с добавкой Y203 и Si02 спеканием при нормальном давлении и горячим прессованием. Исследования новой нитридалюминиевой керамики занимают важное место в разработке так называемой азотистой керамики, а некоторые создаваемые материалы находятся в центре внимания зарубежных специалистов.

Среди нитридов АШ является материалом с наиболее высокой ионной связью. Он спекается "сравнительно легче, чём SjaN+jCiS^ однако имеет несколько большее термическое расширение. Поэтому возможно возникнут некоторые проблемы при тепловых ударах.

В дальнейшем предстоит улучшить механические свойства нитрида алюминия (главным образом его высокотемпературную прочность). Считают, что назначение A1N не будет ограничиваться только

конструкционной керамикой. Задача заключается в том, чтобы сд лать этот материал подходящим для огнеупоров высокотемперат; ных печей, а также для абразивных изделий.

Впервые это соединение (В4С) с очень высокой твердостью получи, Риджуэй. По составу оно не соответствует нормальным валентности компонентов, а близко к интерметаллическим соединениям.

Кристаллическая структура карбида бора ромбическая а = 519 пм, ос = 66° 18', плотность 2,52 г/см3 — минимальная среди карбидов, температура плавления 2350 °С, однако летучестью это соединение не характеризуется. Карбид бора построен из групп, содержащих три линейно расположенных атома С, и групп, содержащих двенадцать атомов В, расположенных в вершинах почти правильного икосаэдра.

Промышленный способ получения карбида бора тот же, что и карбида кремния. В качестве сырья служат бор или окись бора (В203) и порошок нефтяного кокса. Эту смесь нагревают в электрической печи сопротивления или в дуговой печи при ^,2600 °С и получают искомый продукт. Согласно стехиометрическим подсчетам, в В4С содержится бора 78,3 %. Однако обычно в карбидах, таких как Вв,5С, В12С, В4дС, доля углерода большая. Поскольку в промышленной продукций содержится излишек углерода, карбидборовые огнеупоры сравнительно легко окисляются что является их недостатком.

В 1934 г. фирма «Нортон» начала выпускать на продажу карбид бора с торговым названием Норбайд, который получали путем прессования при высокой температуре порошка В4С в графитовой форме. Готовая продукция отличалась высокой плотностью (99,2 % от теоретической) и большим временным сопротивлением при высокой температуре. Физические свойства карбида бора следующие:

Свойства карбидборовых огнеупоров приведены в табл. 173. Продукция из В4С, обладающая превосходными абразивными свойствами, нашла широкое применение для шлифовальных и наждачных изделий. Карбид бора обладает большой износоустойчивостью и высоким пределом прочности при сжатии, поэтому его применяют при изготовлении экструзивных сопел, матриц, штампов, направляющих для выравнивания прядильных нитей. Ракето- и газотурбиностро- ители обратили внимание на стабильность карбида бора при малом давлении пара, а также хорошую ползучесть и начали применять его в качестве высокотемпературного конструкционного материала.

В настоящее время карбид бора стал одним из основных материалов для энергетических ядерных реакторов, работающих при высоких температурах, в частности, он служит в качестве контрольного материала благодаря большому поглощению тепловых нейтронов по всей площади своего поперечного сечения.

Нитрид бора химически нейтрален, не изменщ'дя.лри.нагревании на воздухе,'в струе "водорода или сероводарода, в восстановительной среде стабилен, огнеупорен при ^2000 °С. Водяной пар разлагает нитрид бора при красном калении с образованием аммиака.

Как правило, раньше нитрид бора получали в виде порошка, использовали в качестве высокотемпературного электроизоляционного материала в вакуумной высокочастотной электропечи и в ка- честве жароустойчивого антифрикционного материала. известных материалов BW — самый лучший изолятор вплоть до 2000 °С. В связи с разработкой способа горячего прессования стало возможным получение плотносформованного нитрида бора. Вследствие весьма хорошей обрабатываемости он нашел разнообразное применение в качестве высокотемпературного конструкционного материала. Свойства горячепрессованного материала приведены в табл. 174. Безопасная температура применения, нитридборовых огнеупоров ограничена 1600 °С.

Высокочистый и высокоплотный клинкер нитрида бора получа пиролитическим способом. Нитрид бора, получаемый в результ реакции между аммиаком и хлоридом бора, осаждается на графи вую подложку, нагреваемую в диапазоне 1450—2300 °С. Иском! соединение характеризуется высокой чистотой, высокой пл ^ ностью, превосходными электрическими и термическии свойствам приведенными в табл. 175.

Готовая продукция нитрида бора применяется в качестве лодоч или тиглей для плавки И выпаривания металлов. Однако нитр бора с гексагональной структурой имеет низкую твердость (1—2 ед , ницы по шкале Мооса) и не обладает достаточной прочностью. В свяа"' с этим для сохранения особых свойств нитрида бора в качестве вы сокотемпературного или жаростойкого материала необходимо мод:; фицировать его путем сочетания с другими материалами, наприм' цирконом, нитридами кремния или алюминия, окисью алюминия муллитом, стеклом, благодаря чему будут разработаны лучши жаростойкие материалы. Нитрид бора с кубической структуре стабилен при высоких температурах и давлениях. Вследствие того что это соединение почти аналогично по структуре и твердости ал ; мазу, поэтому возможно его использование в качестве абразивного, материала.

 

 

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