碳化硅澆注料在垃圾(ji)焚燒爐內(nei)具有保護金屬水(shui)冷管(guan)和傳熱的雙重作用(yong)，其失效的主要(yao)形(xing)式是受(shou)爐內(nei)高溫氣體作用(yong)產生開裂(lie)和剝落。近年來，碳化硅澆注料抗水蒸(zheng)氣(qi)氧化成為了(le)重點研究，碳化硅(gui)澆注料在1000℃空氣和水蒸(zheng)氣條件下的(de)氧化行(xing)為(wei)，對(dui)改進(jin)垃圾焚燒爐用SiC材料的制備技術，優化爐(lu)襯(chen)配置(zhi)等具有(you)重要的指導作用。

試(shi)驗用主要(yao)原料為：工業(ye)SiC顆粒SiC≥98%，粒度為3~1.5/1.5~0.5、≤0.5mm，SiC細粉SiC≥97.5%，粒度≤45μm，SiO2微(wei)粉、AL2O3微粉(fen)和鋁酸鈣(gai)水泥，試樣中(zhong)骨(gu)料(liao)與(yu)細粉(fen)的質量比為72:28，其中(zhong)SiO2微粉(fen)、AL2O3微粉和鋁酸(suan)鈣水泥的(de)添(tian)加量依次(ci)為5%、3%、5%。按要求配料，經混料3~5min后振動成型(xing)為(wei)40mmX40mmX75mm的坯體試樣，養(yang)護24h后于110℃保溫10h干(gan)燥，最后(hou)于1000℃保溫5h熱(re)處理待(dai)用。

1000℃ 保溫5h熱處理(li)后碳化(hua)硅澆注料(liao)的(de)理(li)化(hua)性(xing)能：體積密度為(wei) 2.68g/cm-3，顯氣孔率(lv)為14.1％，和1400℃燒成產品相當(dang)。由于材料未燒結，其抗折強度(du)和耐(nai)壓強度(du)比較低，分別為 16.2和176MPa。SiC含量約為(wei)85%，約含(han)有5%的SiO2和AL2O3以及由(you)鋁酸鈣水泥引入的約1.5%的CaO。

1、氧化試驗(yan)結(jie)果

圖1示(shi)出(chu)(chu)了碳(tan)化(hua)硅澆(jiao)注料在空氣和水(shui)蒸(zheng)氣氧(yang)化(hua)前后的顯(xian)氣孔率。可以(yi)看出(chu)(chu)，無論是空氣還是水(shui)蒸(zheng)氣氧(yang)化(hua)，顯氣孔率均變(bian)化不大(da)。氧化150h試(shi)樣(yang)與(yu)氧(yang)化(hua)前相比，水蒸(zheng)氣條(tiao)(tiao)件下(xia)的(de)顯(xian)氣孔率略(lve)有(you)增大；空氣條(tiao)(tiao)件下(xia)的(de)顯(xian)氣孔率略(lve)有(you)減(jian)小。可能(neng)與(yu)水蒸(zheng)氣條(tiao)(tiao)件下(xia)試(shi)樣(yang)結構遭到較大破(po)壞有(you)關。一般情況下(xia)，碳化(hua)硅氧(yang)化(hua)會(hui)因氧(yang)化(hua)產物SiO2等(deng)堵塞氣孔(kong)導致氣孔(kong)率在氧化初(chu)期下降(jiang)(jiang)明顯(xian)，后期逐漸趨(qu)于平穩，但(dan)對(dui)于碳化硅澆注料卻沒有出(chu)現早期顯(xian)氣孔(kong)率下降(jiang)(jiang)的(de)情況。可能

和(he)水泥(ni)水化產物在1000℃長時(shi)間(jian)保(bao)溫(wen)分(fen)解更趨完(wan)全有關.

圖2示出(chu)(chu)了碳(tan)化硅澆注料在空(kong)氣(qi)和水(shui)蒸氣(qi)中氧(yang)化前(qian)后質(zhi)量(liang)變化率(lv)(lv)。可(ke)(ke)以看出(chu)(chu)，隨著時(shi)間(jian)的(de)延長，空(kong)氣(qi)和水(shui)蒸氣(qi)條(tiao)件下(xia)質(zhi)量(liang)變化率(lv)(lv)均增大，水(shui)蒸氣(qi)條(tiao)件下(xia)質(zhi)量(liang)變化率(lv)(lv)增加速(su)度明顯高(gao)于空(kong)氣(qi)條(tiao)件下(xia)的(de)。可(ke)(ke)能是因(yin)為水(shui)蒸氣(qi)條(tiao)件下(xia)，SiC首先會與水蒸氣反應生成SiO2，并且氧化層SiO2繼續與水(shui)蒸氣發生反應生成Si（OH）4，起不到(dao)保護作用(yong)。從氧(yang)化反應控制機制來看(kan)，在空氣條件(jian)下，隨著時間的(de)延長，氧化反應由(you)化學(xue)反應控(kong)制轉向擴散控(kong)制，速率減緩(huan)；在水蒸氣條(tiao)件下，氧(yang)化反(fan)應(ying)(ying)主(zhu)要受化學反(fan)應(ying)(ying)控制.

圖(tu)3示出了碳化硅(gui)澆注料(liao)在(zai)空氣和水(shui)(shui)蒸(zheng)氣中氧化前后體(ti)(ti)積(ji)(ji)變化率(lv)(lv)。可以看出，空氣條件下體(ti)(ti)積(ji)(ji)變化率(lv)(lv)明顯(xian)小于(yu)水(shui)(shui)蒸(zheng)氣條件下的。隨著時間的延長，空氣條件下的體(ti)(ti)積(ji)(ji)變化率(lv)(lv)趨于(yu)平緩和穩定；在(zai)水(shui)(shui)蒸(zheng)氣氧化后期，體(ti)(ti)積(ji)(ji)變化率(lv)(lv)異常增(zeng)大，與試樣的結構遭到(dao)較大破壞引發顯(xian)氣孔率(lv)(lv)略(lve)有增(zeng)加相吻合。高溫下水(shui)(shui)蒸(zheng)氣向SiC磚孔隙中的滲透能力增加(jia)，同時由于高溫蒸(zheng)發而造成(cheng)的強制流動(dong)，改(gai)善(shan)了反(fan)應動(dong)力學條(tiao)件(jian)，表(biao)觀活化能較小，氧化反(fan)應易于進行。

2、分(fen)析與討論

碳(tan)化硅澆(jiao)注(zhu)料在空氣和水蒸(zheng)氣條件下(xia)經150h氧(yang)化前后的物(wu)相(xiang)組成。可(ke)以(yi)看出，試(shi)樣氧(yang)化前的主晶(jing)相(xiang)為碳化硅(gui)，1%~3%方石英(ying)和1%~3%剛玉。空氣氧(yang)化(hua)150h后出現了3%的(de)二(er)鋁酸鈣CA2和3%~5%的鈣長石(shi)，方石(shi)英(ying)的量增加為3%~5%。水蒸氣(qi)氧化150h后出現了(le)10%的鈣長石，方石英(ying)的量增加為3%~5%。結合氧化前后(hou)質量變化率可知，水蒸氣條件下生成了更(geng)多的氧化產物SiO2，存在形(xing)式為方石英(ying)和(he)鈣長石。

碳化(hua)硅澆注料在空氣中氧化(hua)后(hou)，氣孔內壁光滑，有一層薄的、致密的與(yu)基體結(jie)合牢固的液態保(bao)護(hu)膜，和氧化(hua)(hua)后(hou)期(qi)顯氣孔率(lv)略有降低，質量變(bian)化(hua)(hua)率(lv)和體積變(bian)化(hua)(hua)率(lv)趨于穩定相吻合。從碳化硅澆(jiao)注料(liao)在水蒸氣中氧化中看(kan)到(dao)表面發(fa)生明(ming)顯(xian)氧化(hua)，氧化(hua)產(chan)物為顆粒狀集聚物。看(kan)到(dao)碳化(hua)硅(gui)顆粒和(he)基質之間(jian)的(de)界面結合被破壞，形成大裂紋。看(kan)到(dao)氧化(hua)膜表面出現裂紋。和(he)空氣(qi)氧化(hua)相

比，水蒸(zheng)氣氧(yang)化對碳化硅澆(jiao)注料的結(jie)構(gou)破壞更嚴重(zhong)，隨時間延長不能形成有(you)效的保護膜，導致氧(yang)化反(fan)應持(chi)續進行(xing)，體(ti)積膨脹到一定程度，內部結(jie)構(gou)被破壞，材料開裂、剝落，失效