碳化硅耐火材料的研究进展

碳化硅耐火材料的研究目前集中于两个方面，一方面是碳化硅原料的制备，另一方面是碳化硅耐火材料的制备和性能优化。

在碳化硅材料的制备方面，碳热还原法是目前比较常用的方式，碳热还原法是在一定温度下，一种以无机碳作为还原剂所进行的氧化还原反应的方法。现阶段，工业化生产碳化硅粉体的主要方法为碳热还原法。M.KevorkijanV等的研究表明以胶体SiO2为硅源使用时，碳热还原法合成的碳化硅微粉的比表面积随着温度升高而减小。

朱文振等采用碳热还原法以SiO2为硅源，炭黑为碳源，Fe2O3为催化剂制备碳化硅微粉，并探讨了合成温度和催化剂的用量对生成碳化硅的影响。取物质的量之比为1:4的SiO2和炭黑，分别加入1%、3%、5%的Fe2O3，加蒸馏水搅拌均匀，再干燥后粉碎均匀，制备出反应前躯体。将前驱体分别置于1350-1500℃的管式炉中，氩气气氛保温3h，得到的粉末在空气中650℃保温5h，除去产物中的碳。实验研究表明：在达到1350℃时，已经有部分的碳化硅生成，但是量比较少，因此分散性较差，大部分团聚在一起形成微米级别颗粒;温度上升到1400℃，虽然碳化硅的量在不断的增多，但是产物中仍有部分的SiO2，此时产物呈不规则颗粒分布，团聚情况较为严重;反应温度上升到1450℃时，颗粒分散较为均匀;继续反应到1500℃，产物绝大多数是碳化硅，部分呈现不规则颗粒状，并且分散性比较好，有少部分棒状颗粒，这是由于温度过高会促使碳化硅晶粒粗化。孙文飞等以硅溶胶为硅源，淀粉为碳源，采用低温碳热还原法合成了碳化硅微粉，在实验中，将硅溶胶和淀粉混合均匀，作为前驱体。前驱体在加热的过程中首先分解，转化成SiO2/C混合物。

升温到1700℃保温1h后前驱体全部转化成β-SiC。通过热重分析和透射电镜的观察，发现碳化硅是通过SiO和C之间的气-固反应以及CO和SiO之间的气-气反应生成的，这说明前驱体的改变并没有改变碳热还原反应的实质。从生成碳化硅的粒径来说，生成的碳化硅颗粒明显小于前驱体的碳颗粒，同时产物中有纳米棒出现，生成的纳米棒的直径约为500nm，长度约为20μm。碳热还原反应之初，由于SiO2和C之间结合比较紧密，完全是固相反应，随着反应的进行，SiO2与C之间的接触逐渐减弱，有气相进入空隙，发生了气-气反应，而生成了碳化硅纳米棒。还有其他的改进方法，得到了一些关于碳热还原法制备碳化硅的可控条件和因素。例如ChenCY等以SiO2和炭黑为原料，在1300-1500℃对碳热还原反应进行了动力学研究，通过计算和实验相结合，发现这种原料合成碳化硅的最低反应温度为1300℃，当反应温度为1500℃时，最终产物中只有少量的SiO2。

碳化硅材料在耐高温领域得到了广泛的应用，对碳化硅在材料体系中的增强作用、抗氧化机制、抗侵蚀机制等都有着广泛的研究。JuntongHuang等以低品位铝土矿为原料，采用锆英石添加剂，经碳热还原氮化(CRN)合成了Sialon-ZrN粉末。利用合成的Sialon-ZrN粉末和碳化硅制备了复相耐火材料，随着ZrN含量的增加，SiC-Sialon-ZrN复相耐火材料的熔渣侵蚀率先降低后升高，在1500℃加热后，熔渣中出现ZrO2，保护耐火材料继续受到侵蚀，这对复相耐火材料的抗高炉渣侵蚀性能起到了重要的作用。

E.Karamian等研究了添加剂对硅酸铝-碳化硅-碳复相耐火材料的影响，研究结果表明硅和硅铁金属可以改善硅酸铝-碳化硅-碳复相耐火材料机械性能，提高强度和耐磨性，适用于高炉。TarekMerzouki等为碳化硅基浇注料建立了化学膨胀动力学模型，估算了非均质材料孔隙中的氧含量，结果表明碳化硅的氧化反应和氧在浇注料中连通气孔的扩散都会导致材料的氧化;多孔性的降低伴随着气体渗透性的降低，从而导致氧气扩散的减少。PA.等研究了Al2O3-MgAl2O4-SiC-C复相耐火材料中碳化硅氧化的问题，研究表明镁铝尖晶石可以加速Al2O3-MgAl2O4-SiC-C耐火浇注料中碳化硅的氧化。