Propriedades do carboneto de silício
O carboneto de silício (SiC), também conhecido como areia de carborundum, raramente é encontrado na natureza e é comumente usado como matéria-prima sintética na indústria. Ganha excelentes propriedades de resistência térmica e resistência ao desgaste. Possui duas formas cristalinas: morfologia de baixa temperatura β-SiC, pertencente à estrutura cúbica, e forma de alta temperatura α-SiC pertencente à estrutura hexagonal. O carboneto de silício possui dois tipos de acordo com a cor: carboneto de silício verde e carboneto de silício preto.
Sua densidade verdadeira é de 3,21g/cm3 e a temperatura de decomposição (sublimação) é de 2.600 ℃.
É um material duro com dureza Mohs de 9,2.
O coeficiente de expansão térmica do SiC não é significativo, e o coeficiente de expansão térmica médio do SiC é 4,4 na faixa de 25 ℃ ~ 1400 ℃ × 10-6/℃.
Desempenho do carboneto de silício
O carboneto de silício possui alta condutividade térmica (58,6 W/m · K). Normalmente, quanto maior o teor de SiC, menor será a temperatura e maior será a condutividade térmica. O baixo coeficiente de expansão térmica e a alta condutividade térmica podem fazer com que os materiais refratários de SiC tenham boa estabilidade ao choque térmico.
Em baixas temperaturas, as propriedades químicas do carboneto de silício são relativamente estáveis, com excelente resistência ao desgaste e à corrosão. Também é resistente à corrosão em ácido clorídrico, ácido sulfúrico e ácido fluorídrico em ebulição. No entanto, em altas temperaturas, pode reagir com certos metais, sais e gases. O carboneto de silício permanece estável em uma atmosfera redutora até 2.600 ℃, mas a oxidação ocorre em uma atmosfera oxidante de alta temperatura:
SiC+2O2 → SiO2+CO2
Além disso, o material de carboneto de silício é um não óxido com forte ligação covalente e baixa capacidade de sinterização com óxidos.
O SiC é amplamente utilizado como aditivo para melhorar as propriedades do material, especialmente a resistência à escória e a estabilidade ao choque térmico, devido às suas vantagens, como baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade térmica, alta resistência a altas temperaturas, boa resistência à escória e capacidade de formar oxidação protetora.
Usos de material de carboneto de silício:
Carboneto de Silício (SiC) em Materiais Refratários Moldados
Em materiais refratários moldados, o carboneto de silício pode ser usado como componente principal para fabricar produtos de SiC ou como aditivo para fabricar produtos semi-SiC.
O material refratário de SiC refere-se a um tipo de material refratário avançado com SiC como componente principal, que é disparado a partir de SiC industrial como matéria-prima, também conhecido como produtos de SiC. Os produtos de SiC podem ser classificados com base no conteúdo de SiC, tipo de aglutinante e quantidade de adição. O desempenho dos materiais depende em grande parte da condição de ligação entre as partículas de SiC no material. Portanto, os produtos de SiC são geralmente classificados com base no tipo de fase de ligação. De acordo com as diferentes fases de ligação, existem cerâmicas de carboneto de silício, como SiC ligado a óxido, SiC ligado a nitreto, SiC autoligado, SiC sinterizado por reação de infiltração de silício, etc. Produtos refratários semi-SiC são aqueles que contêm carboneto de silício como
secundário ou componente auxiliar. De acordo com seus diferentes materiais, existem produtos de SiC de clínquer de argila, produtos de carboneto de alto óxido de alumínio e produtos de SiC de corindo. Devido à presença de carboneto de silício nestes produtos, sua estabilidade ao choque térmico, condutividade térmica e resistência são significativamente melhoradas.
A adição de uma pequena quantidade de carboneto de silício aos produtos de clínquer de argila SiC tem um efeito significativo na melhoria da estabilidade ao choque térmico dos produtos. À medida que o conteúdo de pó fino de SiC nos ingredientes aumenta, a estabilidade ao choque térmico dos produtos melhora gradualmente. Adicionando uma quantidade apropriada de SiC (a quantidade mais adequada é 30%) a produtos de SiC com alto teor de alumínio e adicionando uma quantidade apropriada de ácido fosfórico, os produtos têm alta estabilidade ao choque térmico, boa condutividade térmica e alta resistência. Adicionar uma pequena quantidade de pó fino de SiC aos produtos de SiC de corindo pode melhorar significativamente sua estabilidade ao choque térmico. À medida que a quantidade de pó fino de SiC aumenta, a estabilidade ao choque térmico aumenta regularmente. Por exemplo, usando corindo marrom como agregado, adicionando 10% de pó fino de SiC, usando ácido fosfórico como aglutinante, formação de alta pressão e tratamento térmico a 1450 ℃ para produzir tijolos de trilho deslizante para fornos de aquecimento de laminação de aço, o efeito da aplicação é bom.
Carboneto de Silício (SiC) em Materiais Refratários Amorfos
Em materiais refratários amorfos, o carboneto de silício pode ser usado como componente principal para fabricar concretos à base de SiC. Funciona como aditivo para melhorar o desempenho de outros concretos, principalmente em termos de resistência à escória e estabilidade ao choque térmico. A pesquisa sobre a melhoria das propriedades dos concretos pelo SiC concentra-se principalmente em aspectos como concretos de corindo e concretos com alto teor de alumina.
A aplicação mais comum do SiC em materiais refratários amorfos é no revestimento de trabalho do canal de drenagem do alto-forno, que tem uma história de mais de 20 anos e apresenta bom desempenho. Atualmente, o concreto Al2O3-SiC-C é amplamente utilizado em altos-fornos maiores, tanto nacional quanto internacionalmente, prolongando muito a vida útil do canal de ferro. Além disso, materiais refratários amorfos contendo SiC são amplamente utilizados na indústria siderúrgica como revestimentos para pré-tratamento de metal quente, cúpulas e fornos de indução; O revestimento da parede lateral da câmara de combustão e o revestimento protetor do tubo da caldeira do incinerador de lixo; Forro de pré-aquecedor de forno de cimento na indústria de cimento; O revestimento do separador de ciclone de usinas termelétricas, a câmara de combustão, o revestimento e o separador de alta temperatura de caldeiras de leito fluidizado circulante; As placas dos fornos de queima, bem como as saídas de silício e alumínio na indústria cerâmica.
Em resumo, a adição de SiC pode melhorar a resistência a altas temperaturas e a estabilidade ao choque térmico de concretos à base de Al2O3-SiO2. No entanto, pesquisas sobre a resistência do SiC à corrosão por escória de chumbo ainda não foram relatadas.
Mas o SiC é termodinamicamente fácil de reagir com o oxigênio do ar. Em aplicações práticas, especialmente sob altas temperaturas, baixa pressão de oxigênio e efeitos de longo prazo, a taxa de oxidação do SiC é muito rápida.
Através do estudo da microestrutura da camada de oxidação de alta temperatura na superfície do SiC, descobriu-se que a camada de oxidação gerada pelos materiais de SiC na faixa de 1040 ~ 1560 ℃ possui as seguintes características em sua resistência à oxidação em alta temperatura:
1) Abaixo de 1360 ℃, a camada de oxidação formada na superfície das partículas de SiC é muito fina. Não há alterações significativas na microestrutura. A resistência à oxidação é boa e está em um estágio estável de resistência à oxidação.
2) Quando a temperatura excede 1360 ℃, a espessura da camada de óxido na superfície do SiC aumenta significativamente com o aumento da temperatura. A camada de óxido formada possui muitos poros. No entanto, devido ao aumento gradual da camada de óxido, o SiC ainda apresenta um desempenho antioxidante suficientemente elevado. Este processo é uma fase de transição.
3) Acima de 1520 ℃, a espessura da camada de óxido é maior e a superfície externa é relativamente plana. No entanto, o SiO2 no estado fundido tem forte fluidez, tornando a camada de oxidação nas bordas e cantos das partículas de SiC mais fina. O gás da reação de oxidação do SiC tende a escapar e formar poros. Isso fornece um canal para a entrada de oxigênio, acelerando a taxa de oxidação do SiC. Este estágio é um estágio de oxidação rápida.
4) Não existe uma zona de transição óbvia entre a camada de SiO2 formada na superfície e a matriz de SiC.
