炭化ケイ素 物理性質

カーボランダムサンドとしても知られる炭化ケイ素 (SiC) は、自然界ではほとんど発見されず、工業では合成原料として一般的に使用されています。耐熱性、耐摩耗性に優れています。立方晶構造に属する低温形態の β-SiC と、六方晶構造に属する高温形態の α-SiC の 2 つの結晶形があります。炭化ケイ素には色により緑色の炭化ケイ素と黒色の炭化ケイ素の2種類があります。

真密度は3.21g/cm3、分解（昇華）温度は2600℃です。
モース硬度9.2の硬い素材です。
SiCの熱膨張係数は大きくなく、25℃～1400℃の範囲での平均熱膨張係数は4.4×10-6/℃です。

炭化ケイ素の性能

炭化ケイ素は高い熱伝導率（58.6W/m・K）を持っています。通常、SiC 含有量が多いほど温度が低くなり、熱伝導率が高くなります。低い熱膨張係数と高い熱伝導率により、SiC 耐火材料は良好な熱衝撃安定性を備えます。
低温では炭化ケイ素の化学的性質は比較的安定しており、耐摩耗性と耐腐食性に優れています。沸騰した塩酸、硫酸、フッ酸に対しても耐食性があります。ただし、高温では特定の金属、塩、ガスと反応する可能性があります。炭化ケイ素は2600℃までの還元雰囲気では安定ですが、高温の酸化雰囲気では酸化が起こります。

SiC+2O2 → SiO2+CO2

さらに、炭化ケイ素材料は非酸化物であり、強い共有結合を持ち、酸化物との焼結性が劣ります。
SiC は、低い熱膨張係数、高い熱伝導率、高い高温強度、優れた耐スラグ性、成形能力などの利点により、材料特性、特に耐スラグ性と熱衝撃安定性を向上させるための添加剤として広く使用されています。保護酸化。

炭化ケイ素材料用途:

定形耐火物中の炭化ケイ素 (SiC)

成形耐火物では、炭化ケイ素は SiC 製品を製造するための主成分として、または半 SiC 製品を製造するための添加剤として使用できます。
SiC耐火物とは、SiCを主成分とする高機能耐火物の一種で、工業用SiCを原料として焼成されたもので、SiC製品とも呼ばれます。SiC製品は、SiC含有量、バインダーの種類、添加量によって分類できます。材料の性能は材料中のSiC粒子間の結合状態に大きく依存します。そのため、SiC 製品は通常、結合相の種類に基づいて分類されます。結合相の違いに応じて、酸化物結合SiC、窒化物結合SiC、自己結合SiC、ケイ素浸透反応焼結SiCなどの炭化ケイ素セラミックスがあります。半SiC耐火物は炭化ケイ素を二次成分として含む製品です
。または補助コンポーネント。材質により、クレークリンカーSiC製品、高アルミニウム酸化物炭化物製品、コランダムSiC製品などがあります。これらの製品には炭化ケイ素が含まれているため、熱衝撃安定性、熱伝導率、強度が大幅に向上しています。

クレークリンカー SiC 製品に少量の炭化ケイ素を添加すると、製品の熱衝撃安定性の向上に大きな効果があります。原料中のSiC微粉末の含有量が増加するにつれて、製品の熱衝撃安定性は徐々に向上します。高アルミニウムSiC製品にSiCを適量（最適量は30％）添加し、さらにリン酸を適量添加することにより、高い熱衝撃安定性、良好な熱伝導性、高強度を実現した製品です。コランダム SiC 製品に少量の SiC 微粉末を添加すると、熱衝撃安定性が大幅に向上します。SiC微粉末の量が増加するにつれて、熱衝撃安定性は定期的に増加します。例えば、骨材として褐色コランダムを使用し、SiC微粉末を10％添加し、バインダーとしてリン酸を使用し、高圧成形し、1450℃で熱処理して鋼製圧延加熱炉用スライドレール煉瓦を製造すると、その適用効果は次のようになります。良い。

非晶質耐火物中の炭化ケイ素 (SiC)

非晶質耐火物では、炭化ケイ素を主成分として使用して SiC ベースのキャスタブルを製造できます。これは、特に耐スラグ性と熱衝撃安定性の点で、他のキャスタブルの性能を向上させる添加剤として機能します。SiCによるキャスタブル特性の向上に関する研究は、主にコランダムキャスタブルや高アルミナキャスタブルなどの側面に焦点を当てています。
非晶質耐火物における SiC の最も一般的な用途は、高炉の出湯チャンネルの作業ライニングであり、20 年以上の歴史があり、優れた性能を持っています。現在、Al2O3-SiC-C キャスタブルは国内外の大型高炉で広く使用されており、鉄チャンネルの耐用年数を大幅に延長しています。さらに、SiC を含む非晶質耐火物は、溶銑前処理、キューポラ、誘導炉のライナーとして鉄鋼業界で広く使用されています。ゴミ焼却炉の燃焼室側壁ライニングおよびボイラーチューブ保護ライニング。セメント産業におけるセメントキルン予熱器ライニング。火力発電所のサイクロン分離器ライニング、循環流動層ボイラーの燃焼室、ライニング、高温分離器。窯業の焼成窯の小屋板、シリコンやアルミニウムのコンセントなど。

要約すると、SiC を添加すると、Al2O3-SiO2 ベースのキャスタブルの高温強度と熱衝撃安定性を向上させることができます。しかし、SiC の鉛スラグ腐食に対する耐性に関する研究はまだ報告されていません。
しかし、SiCは熱力学的に空気中の酸素と反応しやすいのです。実際の用途では、特に高温、低酸素圧、長期の影響下では、SiC の酸化速度は非常に速くなります。

SiC表面の高温酸化層の微細構造の研究により、1040〜1560℃の範囲でSiC材料によって生成される酸化層は、高温酸化耐性に関して次の特性を持っていることがわかりました。

1) 1360 ℃以下では、SiC 粒子の表面に形成される酸化層は非常に薄いです。微細構造に大きな変化はありません。耐酸化性が良好であり、耐酸化性が安定した段階にある。

2) 温度が 1360 ℃を超えると、温度の上昇に伴って SiC 表面の酸化層の厚さが著しく増加します。形成された酸化層には多数の細孔が存在します。しかし、酸化層が徐々に増加するため、SiC は依然として十分に高い酸化防止性能を示します。このプロセスは過渡期です。

3) 1520 ℃を超えると、酸化層の厚さが厚くなり、外表面は比較的平坦になります。しかし、溶融状態のSiO2は流動性が強いため、SiC粒子の端や角の酸化層が薄くなってしまいます。SiC の酸化反応で発生するガスは抜けやすく、細孔が形成されます。これにより、酸素が侵入するチャネルが提供され、SiC の酸化速度が加速されます。この段階は急速な酸化段階です。

4) 表面に形成された SiO2 層と SiC マトリックスの間に明らかな遷移ゾーンはありません。