氮化硅陶瓷因其***性能,在高温、高速及强腐蚀介质的工作环境中表现出独特的应用价值,因此在多个领域得到广泛应用,并具备巨大的潜在用途。在冶金工业中,氮化硅陶瓷因其优良的耐高温、耐腐蚀等特性,被用作坩埚、燃烧嘴以及铝电解槽衬里等热工设备的关键部件,为提高生产效率和产品质量做出了重要贡献。随着科技的不断发展,氮化硅陶瓷的应用领域将进一步扩大,为现代工业的进步注入新的活力。
氮化硅是一种共价化合物,其原子之间通过强大的共价键紧密结合,赋予了它极高的硬度和熔点。这种材料不仅拥有较小的线膨胀系数,约在(2.8-3.2)×10-6/℃之间,还拥有***的传热性能以及***耐热震特性,使得它在从室温至1000℃的热冲击下不易开裂。值得注意的是,在常压条件下,氮化硅不会在固定的熔点下熔化,而是在约1870℃时直接分解。此外,它能够抵抗高达1400℃的氧化作用,但在实际应用中,其力学强度在超过1200℃时会逐渐降低。
氮化硅展现出***的抗氧化特性,能在高达1400℃的温度下保持稳定,而在实际应用中,其使用温度通常可达1300℃。在中性或还原环境中,氮化硅甚至能在1800℃下成功应用。在200℃的潮湿环境或800℃的干燥空气中,氮化硅与氧发生反应,形成SiO2的表面保护膜,有效阻止氮化硅的进一步氧化。
然而,在高温下,氮化硅陶瓷在热学上变得不稳定,表面会氧化生成二氧化硅保护膜。虽然这种保护膜通常能赋予常规材料***抗氧化能力,但在实际应用中,如热机中的熔盐可能会溶解二氧化硅,导致氮化硅陶瓷发生熔盐腐蚀,从而造成材料损坏。在电解铝行业中,作为电解质溶液的冰晶石也会对作为电解槽内衬材料的氮化硅陶瓷造成持续腐蚀。
因此,如何提高氮化硅陶瓷的抗熔盐腐蚀性能成为当前研究的热点。本文以氮化硅陶瓷的熔盐腐蚀研究为例,总结了近期的研究成果。熔盐,即熔化的无机化合物,具有许多溶液所没有的特点。作为电离溶体,熔盐具有广泛的应用温度范围、高热导率和稳定的物理性质,常用于熔盐电解制金属。但高温熔盐具有强烈的腐蚀性,即使是稳定性极高的结构陶瓷也容易被其侵蚀。