Больш гарачае за RBSiC, трывалейшае за старыя цагліны: Практычнае кіраўніцтва па нітрыдна-звязаным сіліцыевым карбідзе

Сіліцый-вугляродны карбід з нітрыднай сувязкай не атрымлівае такой увагі, як рэакцыйны або сінітраваны карбід. І гэта нармальна. Ён заняты тым, што вытрымлівае агнявыя вагонікі, высцілае алюмініевыя ячэйкі і падвяргаецца абразіўнаму зносу, якому не вытрымае цагліна з акіснай сувязкай. Я дастаткова доўга працаваў з НСіК (таксама пішуць NBSiC або нітрыдназвязаны SiC), каб сказаць проста: гэта не “бюджэтная версія” шчыльнага SiC. Гэта іншы матэрыял, які выконвае іншую працу.

Рэцэпт на паперы просты. Бярэш дарожкавую крышталічную рашотку карбіду крэмнію, дадаеш металічны крэмній, надаеш форму, а потым выпальваеш у азоце. Крэмній ператвараецца ў нітрыд крэмнію, і гэты нітрыд становіцца звязальным рэчывам, якое трымае дарожкавыя крышталічныя рашоткі карбіду крэмнію разам. Тыповы склад вырабаў складае каля 70–80% SiC і 20–30% Si₃N₄. Усадка падчас нітравання невялікая, таму можна вырабляць вялікія пліты, цагліны і вырабы складаных форм без праблем са дэфармацыяй, характэрных для іншых керамік.

Што вы атрымліваеце ў гатовым вырабе

Шчыльнасць звычайна складае 2,6–2,8 г/см³. Адкрытая порыстасць стандартных гатункаў часта знаходзіцца ў межах 12–17%. Гэтая порыстасць — першае, што людзі няправільна разумеюць. Гэта не дэфект па сваёй сутнасці. Дзякуючы ёй матэрыял устойлівы да тэрмічнага шоку, здольнага расколаць цалкам шчыльнае цела, і таму ён лягчэйшы за рэакцыйна-звязаны SiC у печы. Некаторыя сучасныя маркі перапякаюцца або распрацаваны так, каб запячатаць паверхневыя поры крэмнезёмістай скарыначкай. Такія паводзяць сябе хутчэй як герметычны вогнетрыў, чым як губка.

Трываласць ніжэйшая, чым у шчыльнага SiSiC. Модуль пругкасці пры пакаёвай тэмпературы ў звычайных і вогнетрывалых гатункаў можа складаць дзясяткі МПа, а не 250 МПа, як кажуць пра рэакцыйна-звязаныя бэлькі. Галоўнае — гэта тое, што адбываецца пры высокіх тэмпературах. Нітрыдна-звязаны карбід крэмнію захоўвае несу аднасць на значна вышэйшым узроўні, чым кропка, дзе вольны крэмній у рэакцыйна-звязаным SiC пачынае мякчэць. Практычны тэрмін службы часта называюць у дыяпазоне 1450–1600 °C, у залежнасці ад атмасферы, нагрузкі і таго, ці з'яўляецца сортамент дробным літым целам або больш буйной прэсаванай цаглінай. Калі проста паўтараць маркетынгавы лічб, не праверыўшы рэальную нагрузку, вы ўсё роўна згнеце пліту.

Цеплаправоднасць добрая ў параўнанні з кардьерытам або мулітам, звычайна ніжэйшая, чым у шчыльнага RBSiC. Каэфіцыент цеплавога пашырэння нізкі. Гэтая камбінацыя разам з нітрыднай сувяззю тлумачыць, чаму выраб вытрымлівае нагрэў і ахалоджванне, замест таго каб у аўторак на ім з'явілася тонкая трэшчына.

Хімічна ён устойлівы ў многіх прамысловых асяроддзях. Растоплены алюміній і крыаліт — знакаміты прыклад: нітрыдназвязаны SiC стаў абраным матэрыялам для бакавых сценак у рэдукцыйных печах, таму што вуглярод згараў, а вугляродзістыя цагліны не вытрымлівалі. Яна таксама лепш за керамічную цэглу з сілікону з вугляроднай звязкай вытрымлівае абразіўны знос, шматлікія шлакі і брудныя газы ў цыклонах. Яна не несмяротная. Моцныя шчолачы, дрэнная нітрыдацыя з рэшткамі вольнага крэмнію і неабдуманая акісліцельная апрацоўка гарачай паверхні ўсё роўна яе з'ядуць.

Дзе гэта сапраўды працуе

Абсталяванне для печаў — гэта штодзённая справа. Плоскія пласціны, талеркі, формы, штыры і бэлькі для сантэхнікі, сталовай посуду, электракерамікі і тэхнічнай керамікі. У параўнанні з кардьерытам вы атрымліваеце больш высокую тэмпературу, лепшую загрузку, больш тонкія сценкі і меншую мёртвую вагу ў печы. Апошні пункт — не паэзія. Меншая маса абсталявання азначае больш вырабаў і менш паліва за цыкл.

Алюміній — гэта яшчэ адна вялікая сфера прымянення. Бакавыя блокі ў ліцейных лініях павінны мець цеплавую праводнасць, механічную трываласць і ўстойлівасць да хімічнага складу ванны. NSiC спраўляецца з гэтай задачай па кошце, якім могуць задаволіцца заводы. Ніжнія каміны даменных печаў, зносаўстойлівыя зоны перапрацоўкі адходаў у энергію і цыклонныя ўкладышы ў горназдабыўной або энергетычнай прамысловасці — гэта тая ж логіка: цвёрдае зярнятка SiC, звязка, устойлівая да высокіх тэмператур, і форма, якую можна ўсталяваць у выглядзе цагліны або літой дэталі.

Зношвальныя дэталі таксама патрабуюць абароны — пліты, сопла, дэталі помпы — калі асяроддзе гарачае і абразіўнае, але вам не патрэбна амаль нулявая порыстасць рэакцыйна звязанага SiC. Калі шлам халодны і адзіны вораг — слізгальнае абразіўнае зношванне, шчыльны SiSiC-насціл часта праслугоўвае даўжэй. Калі ворагамі з'яўляюцца цеплавая нагрузка, абразіўны эфект і тэрмічныя цыклы, NSiC пачынае выглядаць як найлепшае рашэнне.

Як гэта параўноўваецца, калі хтосьці пытаецца: “Чаму б проста не выкарыстоўваць RBSiC?”

Сіліцыевы карбід рэакцыйнай сцяжкі больш шчыльны, трывалы і цвёрды. З яго атрымліваюць выдатныя бэлькі, валікі і дакладныя дэталі, якія падвяргаюцца зносу, пры тэмпературы ніжэйшай за прыкладна 1350–1380 °C. Вышэй за гэтую тэмпературу свабодны крэмній пачынае дамінаваць. У NSiC няма такой крыніцы металу ў мікраструктуры, таму ён працягвае працаваць пры больш высокіх тэмпературах. Ён таксама з'яўляецца практычным выбарам для буйных вогнетрывалых дэталяў, дзе інфільтрацыя крэмнію ў велізарны блок не мае сэнсу.

Рэкрышталізаваны карбід крэмнію вытрымлівае яшчэ больш высокія тэмпературы і застаецца чысцейшым у некаторых печных атмасферах, але ён больш порысты і звычайна слабейшы. Карбід крэмнію з аксіднай сувязкай таннейшы, але саступае па тэрмічнай трываласці і ўдарастойкасці. Сінтэраваны карбід крэмнію — гэта элітны шчыльны сваяк, і яго кошт адпаведны. NSiC знаходзіцца ў тым сегменце, дзе прадпрыемствы маюць патрэбу ў характарыстыках SiC у вялікіх вытворчых кавалках, не купляючы лабараторную кераміку.

Што не працуе на полі

Нязвярнутае нітраванне — ціхі забойца. Блок можа выдатна выглядаць звонку, хаваючы рэштку крэмнію або слабое ядро. У алюмініевай ячэйцы гэта прыводзіць да ранняй карозіі. На пласціне печы гэта ператвараецца ў акісленне, якое ператварае паверхню ў пыл і зніжае трываласць. Вільгаць у порыстай масе, а потым хуткае абпальванне — яшчэ адна класічная памылка. Пара не зважае на ваш вытворчы графік.

Людзі таксама празмерна ўспрымаюць уплыў высокіх тэмператур на шчыльны матэрыял, які мае порыстую структуру. NSiC — гэта не герметычная труба. Калі ўнутр можа пранікнуць атмасфера, маюць значэнне акісленне і хімія кандэнсату. А калі аб'ект прымянення — высокахуткасная шламэль пры ўмеранай тэмпературы, вы, магчыма, набылі страхаванне ад цеплавых удараў, якое вам не было патрэбна.

Як правільна спецыфікаваць, як трэба

Не дасылайце “SiC-цагліну” і не спадзявайцеся. Назавіце яе «звязанай нітрыдам». Пазначце пікавую тэмпературу, атмасферу, нагрузку, час цыкла і хімічны склад — алюмініевую ванну, шчолачнай пар, попел, сцёк глазуры, усё, што насамрэч датыкаецца да дэталі. Запытайце шчыльнасць, уяўную порыстасць, тэмпературны модуль трываласці і рэшткавы вольны крэмній. Што тычыцца шафнай посуды, даведайцеся, ці выраблены ён з тонказерністага ліцця-выпалу або з грубага прэсавання. Гэтыя два віды прадукцыі па-рознаму зношваюцца і праводзяць цяпло.

Нітрыдна-звязаны SiC — гэта матэрыял, які вы выкарыстоўваеце, калі акісны корпус зношаны, рэакцыйна-звязаны SiC занадта абмежаваны па тэмпературы або занадта дарагі ў вялікіх секцыях, а завод усё роўна трэба запускаць. Гэта не гламурна. Гэта пліта, якая выходзіць з печы роўнай, бакавая сцяна, якая не прасядае, і футарал, які застаецца на месцы пасля завяршэння працы. Выбірайце марку ў адпаведнасці з нагрузкай, і яна застанецца такой жа.