氮化物结合碳化硅耐火材料的种类及制备方法

氮化物是在工程陶瓷中研究得比较多的一类非氧化物材料。在这类材料中应用得比较多的有Si3N4、BN、TiN等，它们都是共价键化合物或离子键化合物，具有键强大，硬度大、熔点高、化学性质稳定，耐化学腐蚀等特点。与传统的氧化物陶瓷相比，氮化物陶瓷还具有比较高的韧性。在耐火材料中，目前氮化物的应用主要限于作为结合相与添加剂。

氮化物结合耐火材料是以氮化物为结合相的耐火材料，最常见的有氮化物结合相有Si3N4、Si2N2O和赛隆等，以SiC或刚玉等颗粒为骨料。根据结合方式的不同，分为Si3N4结合SiC制品、Sialon结合SiC制品、Sialon结合刚玉制品和Si2N2O结合SiC制品等。

1、氧氮化硅结合碳化硅

Si2N2O与Si3N4的性能较为相似，可以作为高温下SiC的结合相，而且其抗氧化性比Si3N4要好。氧氮化硅结合碳化硅制品的制备是在氮化炉中完成的，采用的原料为硅粉、二氧化硅和碳化硅，反应后生成的Si2N2O把SiC颗粒结合起来，形成了以Si2N2O为结合相的碳化硅制品，主要发生的反应如下：

SiO2+3Si+2N2→2Si2N2O

反应后的产品其主晶相为SiC，次晶相为Si2N2O，板状的Si2N2O均匀地分散在基质中，以[SiN3O]四面体的形式包裹住SiC颗粒，形成了Si2N2O结合的SiC材料，这种显微结构能够在一定程度上阻碍SiC被氧化为SiO2，抗氧化性能得到提升，而且Si2N2O-SiC在氧化后的体积密度也在增大。

有研究表明，Si2N2O结合SiC、Si3N4结合SiC等材料在较高的温度下并不与镁、铝等金属熔体直接发生反应，而是其表面的氧化膜与金属熔体之间发生反应，材料表面的氧化物薄膜被金属熔体侵蚀掉后，由于Si3N4、SiC以及Si2N2O对熔体不润湿，材料的抗金属熔体侵蚀性能得到提高。Si2N2O的抗氧化性能优于Si3N4，与金属熔体的反应程度较低，提高了氧氮化硅结合碳化硅材料的抗金属熔体侵蚀性能;同时材料对熔体的污染降低，有利于控制冶炼金属中的成分。