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SiC+O2 = SiO+CO
2SiO+O2=2SiO2
2CO+O2=2CO2
反应得到的SiO2,一部分沉积在颗粒表面形成保护膜,防止其进一步氧化,另一部分填充和封闭气孔,使结构致密。如果SiC大量氧化,将使砖氧化层加厚,内部结构变得疏松。为了防止SiC氧化,加入金属Si、Al粉等防氧化剂。Si粉氧化后生成SiO2,即Si+O2=SiO2,2SiO2+3Al2O3=3Al2O3˙2SiO2
(莫来石)。随着Si加入量的增加,氧化层厚度减薄。可是加入量超过2%时,制品气孔率上升,耐压强度下降,这是由于过量SiO2造成二次莫来石化效应过大,伴随体积膨胀过大,使结构疏松[6]。添加金属Al粉,以金属Al粉、Al2O3和SiC混合粉,共磨混合,在制品烧成过程中,Al 在1 000 ℃时氧化为Al2O3,SiC在1250 ℃时氧化为SiO2,Al2O3和SiO2在1 400 ℃时开始反应形成莫来石[7]。单独加入金属Si或Al,制品表面氧化层均较厚,一般大于5 mm。二者同时加入,表面氧化层厚度小于1 mm,一般在0.3 mm以下。因为Al˙Si的低共熔点温度低(577 ℃),在较低的温度下产生液相,有利于物质扩散,降低反应生成温度及增加生成量,提高制品强度,金属Al粉还可以把Si粉和SiC粉表面的SiO2还原成Si,增强Si粉的反应活性。使其与Al2O3反应生成莫来石,阻止SiC氧化。
防止SiC氧化,也可以将高铝粉、SiC粉结合粘土或硅质料共同磨细,使其高度均匀分散,并与高铝颗粒均匀接触。在SiC氧化生成SiO2与Al2O3反应生成莫来石的同时,共磨粉里粘土或硅质料中过量的SiO2与Al2O3反应生成莫来石,在SiC晶粒表面产生莫来石化效应,伴随体积膨胀制品致密。而原料中TiO2、Fe2O3与过量SiO2共熔产生液相填充气孔和封闭气孔,防止空气进入,阻止SiC氧化。制品表面氧化层小于0.3 mm。
制砖原料颗粒堆积密度也很重要。颗粒堆积紧密,气孔少且小,渗入的气体少,也能减轻氧化,同时能得到结构致密、强度高的制品。原料的Fe2O3含量和破粉碎带入的机械Fe也是影响SiC氧化的重要因素,反应如下:
SiC+Fe2O3+O2=Fe2SiO4+CO
利用粘土加有机结合剂的制品,靠烧成温度使制品烧结致密。利用化学结合剂,如磷酸盐在42.5~250 ℃脱水转化为焦磷酸盐,到265 ℃就由活泼状态变为不活泼状态,250~450 ℃范围内进一步脱水转化为偏磷酸盐,在320~430 ℃时就形成胶结,在400~500 ℃就可以达到很高的粘结强度,加热温度超过700 ℃时偏磷酸盐和焦磷酸盐开始分解为正磷酸盐(Al2O3˙P2O5),P2O5开始逐渐升华,超过1 100 ℃时 ,P2O5挥发很快,随着温度的提高,将发生聚合、多缩聚合,以及胶结粘附等作用,同时形成陶瓷结合,使制品获得强度和高温性能。因此用化学结合剂的制品,较低烧成温度就可以获得高强度、高密度的制品。
按显微结构硅莫砖主要由莫来石、刚玉、SiC及玻璃相组成,在颗粒交界处生成的为莫来石、玻璃相及SiC。莫来石呈柱状、针状形成相互交结的网络结构,与周围的颗粒紧密结合在一起,使制品有较高的强度。
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