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（一）碳化硅的合成和用途

碳化硅的合成是在一種特殊的電阻爐中進行的，這個爐子實際上就只是一根石墨電阻發熱體，它是用石墨顆粒或碳粒堆積成柱狀而成的。這根發熱體放在中間，上述原料按硅石52%~54%，焦炭35%，木屑11%，工業鹽1.5%~4%的比例均勻混合，緊密地充填在石墨發熱體的四周。當通電加熱后，混合物就進行化學反應，生成碳化硅。其反應式為：

SiO2 3C→SiC 2CO↑

反應的開始溫度約在1400℃，產物為低溫型的β-SiC，基結晶非常細小，它可以穩定到2100℃，此后慢慢向高溫型的α-SiC轉化。α-SiC可以穩定到2400℃而不發生顯著的分解，至2600℃以上時升華分解，揮發出硅蒸氣，殘留下石墨。所以一般選擇反應的終溫度為1900~2200℃。反應合成的產物為塊狀結晶聚合體，需粉碎成不同粒度的顆粒或粉料，同時除去其中的雜質。

一般來說，碳化硅耐火材料具有多方面的優良性能，例如，在比較寬的溫度范圍內具有高的強度、高的抗熱震性、優良的耐磨性能、高的熱導率、耐化學腐蝕性等。不過，也應看到，它的弱點是能力差，由此而造成高溫積脹大、變形等降低了使用壽命。

為了提高碳化硅耐火材料的性能，在結合劑方面做了不少的選擇工作。使用粘土(包括氧化物)結合，但并未能起到保護作用，碳化硅顆粒仍然受到氧化和侵蝕。50年代末，選擇用氮化硅(Si3N4)結合，作為碳化硅耐火材料的改進產品，確實具有很好的性(見圖1)，且無顯著的膨脹現象。但是價格較貴；加之在反復加熱冷卻時有突然破壞的可能；而氮化硅本身的網絡結構帶有滲透性，不能從根本上保護碳化硅不被氧化。60年代初，又出現了用氧氮化硅(Si2ON2)結合的碳化硅耐火材料，比之氮化硅結合具有更好的性能，因為氧氮化硅粘附于碳化硅表面的氧化硅薄膜，并與其反應形成和碳化硅牢固結合的連續保護膜。同時，這種材料的價格適當，相當于用氧化物結合的碳化硅材料。

硅化可在普通大氣壓的碳管爐內進行，硅化溫度必須大于2000℃。如果在66.65MPa的真空爐中進行，則硅化溫度可降到1500~1600℃。產生硅蒸氣所用的硅粉顆粒尺寸為0.991~4.699mm。在大氣壓力下硅化時，硅粉可裝在石墨坩堝里。在真空下硅化時，則應裝在氮化硼(BN)坩堝里，因為此時硅會滲入石墨中并作用形成碳化硅而使石墨坩堝，而氮化硼與硅不潤濕。硅化所需的時間依據硅化的溫度及在該溫度下的硅的揮發量的不同而變化。在硅化完成后，坩堝內通常不應該再有硅殘留而都蒸發了。由于蒸發而附著在制品表面上的硅可用熱的處理除去。自結合碳化硅制品的強度為一般碳化硅制品的7~10倍，且能力提高了。