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碳化矽晶體具有與金剛石類似的四麵體結構單元(yuan),是以共價鍵為主結合而成的化合物(wu)。碳化矽晶體性質穩(wen)定,硬度僅次於金剛石(莫氏硬度9級),又(you)稱(chen)為金剛砂。因其(qi)超常的硬度,碳化矽晶體主要用於製(zhi)作磨料,部分用來生產碳化矽陶瓷。
我公司碳化矽陶瓷選用黑SiC晶粒為主要原料,通(tong)過合理(li)顆粒集(ji)配,加入工業Si及其(qi)它特殊添加劑,經過高溫燒結而成。
碳化矽陶瓷具有:硬度高、耐磨性能好、熱震穩(wen)定性好、抗氧化性好、耐化學腐蝕等(deng)優良(liang)性能,尤其(qi)具有對(dui)磨料攻(gong)角不敏(min)感的特性。
根(gen)據原料配比的不同及燒結工藝(yi)的不同,碳化矽陶瓷主要分為四種:
常用耐磨碳化矽陶瓷分類表
類別 | 粘土結合碳化矽陶瓷 | 氧化矽結合碳化矽陶瓷 | 氮(dan)化矽結合碳化矽陶瓷 | 反應燒結碳化矽陶瓷 |
材料理(li)化指標 | 碳化矽含量(%):≥80 密度(g/cm3):≥2.6 莫氏硬度:9.0 耐壓強度(MPa):≥98 常溫抗折強度(MPa):≥20 高溫抗折強度(1400℃,MPa):≥15 使用溫度(℃):1650 線膨脹係數(1000℃):4.6×10-6 耐磨度(p=74N n=800r/m t=30min)≤0.0003g 抗熱衝擊(1250℃水冷)≥25次 | 碳化矽含量(%):≥80 密度(g/cm3):≥2.6 莫氏硬度:9.0 耐壓強度(MPa):≥120 常溫抗折強度(MPa):≥25 高溫抗折強度(1400℃,MPa):≥20 使用溫度(℃):1650 線膨脹係數(1000℃):4.7×10-6 耐磨度(p=74N n=800r/m t=30min)≤0.0003g 抗熱衝擊(1250℃水冷)≥25次 | 碳化矽含量(%):≥72 Si3N4含量(%):≥20 密度(g/cm3):≥2.65 莫氏硬度:9.0 耐壓強度(MPa):≥160 常溫抗折強度(Mpa):≥45 高溫抗折強度(1400℃,MPa):≥45 使用溫度(℃):1450 線膨脹係數(1200℃):4.3×10-6 耐磨度(p=74N n=800r/m t=30min)≤0.0005g 抗熱衝擊(1250℃水冷)≥25次 | 碳化矽含量(%):≥81 Si含量(%):≦19 密度(g/cm3):≥3.0 莫氏硬度:9.0 常溫抗折強度(MPa):≥200 高溫抗折強度(1200℃,Mpa):≥230 使用溫度(℃):1350 線膨脹係數(1000℃):4.3×10-6 耐磨度(p=74N n=800r/m t=30min)≤0.0003g 抗熱衝擊性能:差 |
生產過程 |
以碳化矽為主要原料,通(tong)過合理(li)的粒度配比,以粘土為結合劑,經過混煉、成型、幹燥、高溫燒結而成。
| 以碳化矽為主要原料,通(tong)過合理(li)的粒度配比,添加氧化矽粉、氧化鋁粉及粘合劑,經過混煉、成型、幹燥、高溫燒結而成。 | 以碳化矽為主要原料,通(tong)過合理(li)的粒度配比,添加金屬矽粉,經過混煉、成型、幹燥後,在專(zhuan)門的氮(dan)氣氣氛爐窯(yao)中燒結而成,其(qi)間氮(dan)與矽反應生成氮(dan)化矽結合相。 | 將α-SiC粉和(he)石墨(mo)按比例混勻,經幹壓成型,獲(huo)得碳化矽陶瓷原胚體,將原胚體放(fang)入真(zhen)空反應燒結爐中滲矽燒結,矽與石墨(mo)反應生成β-SiC作為粘結相,從而得到致密的反應燒結碳化矽陶瓷。 |
性能特點 | 硬度高、耐磨性好、耐高溫、耐化學腐蝕、抗熱震性能最好。 | 硬度高、耐磨性好、耐高溫、耐化學腐蝕、抗熱震性能較好。 | 強度高、硬度高、化學性能穩(wen)定、耐高溫、抗氧化性好、抗熱震性能好。 | 硬度高、耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化性強、抗熱震性能差。 |
用途 | 普(pu)通(tong)耐磨用途,彎頭、高溫爐煙(yan)管(guan)道、煤粉分配器、可調縮孔、圓風門、風機殼。 | 普(pu)通(tong)耐磨用途,彎頭、高溫爐煙(yan)管(guan)道、煤粉分配器、可調縮孔、圓風門、風機殼。 | 較高強度要求耐磨用途,砌(qi)築高爐爐襯、高溫爐煙(yan)管(guan)道內襯、煤粉燃燒器內襯、循環流化床鍋爐旋風分離器、物(wu)料管(guan)道內襯、漿液泵(beng)泵(beng)殼內襯及葉輪。 | 很高強度要求耐磨用途,脫硫噴嘴、機械密封件、旋流器內襯、高溫風機葉片及機殼。 |
碳化矽陶瓷與其(qi)他材料性能比較
幾種耐磨材料結構及性能對(dui)比表
項目 | 氧化矽結合碳化矽陶瓷 | 氧化鋁陶瓷 | 高鉻鑄鐵(雙金屬) | 碳化矽膠泥+龜甲網 |
結構 |
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材料理(li)化指標 | 碳化矽含量(%):≥80 密度(g/cm3):≥2.6 莫氏硬度:9.0 常溫抗折強度(MPa):≥25 高溫抗折強度(1400℃,MPa):≥20 | 氧化鋁含量(%):≥95 密度(g/cm3):≥3.6 洛氏硬度(HRA):≥80 常溫抗折強度(Mpa):≥290 | Cr含量(%):23.0~28.0 密度(g/cm3):≥7.9 內壁硬度(HRC):≥50 抗拉強度(Mpa):≥441 | 碳化矽含量(%):≥80 密度(g/cm3):≥2.8 內壁硬度(HRC):60-80 常溫抗折強度(Mpa):≥10 |
磨損率 | 1-1.5毫米/萬小時 | 1.5-2毫米/萬小時 | 2-5毫米/萬小時 | 2-5毫米/萬小時 |
優點 | 硬度高、熱震穩(wen)定性好、 對(dui)衝擊角度不敏(min)感、整體套裝,不易脫落。大批量生產效率高。 | 硬度高、耐腐蝕,單件、小批量生產效率高,使用方便、靈活。 | 彎頭整體強度高、可靠性高。適合單件生產及批量生產。 | 造價低,使用靈活、方便。適合單件生產及批量生產。 |
缺點 | 單件生產成本較高、生產周期長、不適合單件生產。 | 對(dui)攻(gong)角比較敏(min)感,不適合耐垂直(zhi)衝刷(shua)的場合、抗熱震性能差、使用過程中容易脫落。 | 對(dui)攻(gong)角比較敏(min)感、耐磨性能一般、密度較大。 | 對(dui)攻(gong)角比較敏(min)感、強度低、耐磨性能一般、容易脫落。 |
碳化矽陶瓷與碳鋼(gang)、氧化鋁陶瓷、高鉻鑄鐵在五個(ge)攻(gong)角下(xia)的體積(ji)衝蝕率(mm3/g)試驗結果
注:來源於中國(guo)科(ke)學院沈陽金屬所《SiC材料的衝蝕磨損對(dui)比試驗報(bao)告(gao)》
(衝蝕材料:碳化矽砂,衝蝕速度:32m/s)
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