隨著煉鋁技術(shù)的提高及大型預(yù)焙電解槽的廣泛采用，傳統(tǒng)的炭質(zhì)側(cè)襯材料損毀的問題日益嚴重，影響電解槽的積極技術(shù)指標(biāo)，降低槽壽命。而SiC質(zhì)耐火材料由于其卓越的性能，已經(jīng)成為側(cè)襯用材料的發(fā)展方向。
SiC質(zhì)耐火材料分為氧化物結(jié)合和非氧化物結(jié)合兩大類，而氧化物結(jié)合氮化硅以被證明不適合用于鋁電解槽側(cè)襯。非氧化物結(jié)合SiC包括Si3N4結(jié)合SiC、SiN2O結(jié)合SiC、Sialon結(jié)合SiC及重結(jié)晶SiC等。重結(jié)晶Si C由于價格過于昂貴，使用領(lǐng)域受到限制。
對于SiC質(zhì)耐火材料的抗冰晶石侵蝕性能，國內(nèi)外已有許多報道，但大都采用靜態(tài)法，且缺乏系統(tǒng)的研究。本實驗采用動態(tài)的旋轉(zhuǎn)圓柱體法，主要研究Si3N4結(jié)合SiC、Si2N2O結(jié)合SiC及Sialon結(jié)合SiC材料抗冰晶石侵蝕性能的差異性，并探討其侵蝕機理。
一：試樣制備和實驗方法
采用反應(yīng)燒結(jié)法，分別指的Si3N4結(jié)合SiC、Si2N2O結(jié)合SiC及Sialon結(jié)合SiC試樣，試樣尺寸φ20X30，內(nèi)孔φ7.其物理性能如表1所示。
本試驗所用冰晶石分子比為2.3并加入5%CaF2及7%AL2O3。實驗采用旋轉(zhuǎn)圓柱體法，試驗溫度975℃，保溫時間16h，旋轉(zhuǎn)速度為200r/min。
二：實驗結(jié)果與討論
實驗結(jié)果如圖1所示。從圖1中可以看出：三種SiC質(zhì)材料都具有優(yōu)異的抗冰晶石侵蝕性能，其中Si3N4結(jié)合SiC材料侵蝕最小，Sialon結(jié)合SiC次之，Sialon結(jié)合SiC材料相對較差。
對侵蝕后的SN、SNS、SA試樣分別做SEM分析，發(fā)現(xiàn)試樣的氣孔明顯減少，三種試樣都被電解質(zhì)完全滲透。圖2為SN距表面3mm處機制部位SEM圖，從中可清楚地看到基質(zhì)與大顆粒的間隙及基質(zhì)內(nèi)氣孔被電解質(zhì)所填充的情況
Si3N4、SiC與冰晶石并不能直接反應(yīng)，但其晶間玻璃相很容易被冰晶石蝕掉，這也正是SN試樣侵蝕后表面疏松的原因。由于熔融電解質(zhì)粘度很小，而Si3N4結(jié)合SiC材料又不能與電解質(zhì)反應(yīng)生成高粘度或高熔點的新相來阻擋電解質(zhì)的滲入，所以試樣被電解質(zhì)完全滲透。
SNS試樣表面蝕損較嚴重化，基質(zhì)的量明顯減少，有SiC顆粒脫落，有的SiC顆粒邊緣稍微呈鋸齒狀。基質(zhì)中氣孔形狀變得狹長，有的氣孔形成了連續(xù)的通道。分析原樣發(fā)現(xiàn)Si2N2O結(jié)合SiC試樣表面基質(zhì)和顆粒間有明顯的縫隙，這就為電解質(zhì)的滲入提供了通道。由于制樣時需引入一定量的SiO2成分，勢必導(dǎo)致含氧玻璃相增加，而玻璃相很容易與滲入的冰晶石發(fā)生如下反應(yīng)
Na3ALF6+Si，O→SiF4+NaF+AL2O3
式中：Si，O代表含氧玻璃相，Si也可能是其它金屬離子。正是由于以上原因，使試樣的表層變得結(jié)構(gòu)疏松而被沖刷掉。
SA試樣侵蝕后，在距表面至試樣內(nèi)部約1mm厚帶內(nèi)，有大量的SiC顆粒邊緣在朝著表面方向呈鋸齒狀，而且距表面越近，鋸齒狀越明顯，說明SiC顆粒表面被冰晶石所侵蝕。EDAX分析表明，侵蝕后在表面附近形成了狹長的Si3N4帶。這可能是由于賽隆中的AL2O3成分溶于電解質(zhì)所致。因為冰晶石與AL2O3的反應(yīng)產(chǎn)物為低熔點液相。因而破壞了材料基質(zhì)和顆粒間的牢固結(jié)合，在本實驗條件下，由于沖刷二加快了材料的蝕損，這也正是Sialon結(jié)合SiC材料侵蝕相對較嚴重的原因
三：滲透實驗
參照表1分別指的Si3N4結(jié)合SiC、Si2N2O結(jié)合SiC、Sialon結(jié)合SiC質(zhì)坩堝，坩堝尺寸為φ50X50，中孔為φ25X25。坩堝內(nèi)裝電解質(zhì)15g，于975℃下保溫6小時，實驗后沿直徑方向切開坩堝。經(jīng)EDAX分析，電解質(zhì)在坩堝中的滲透深度如表2所示。
從表2可以看出，雖然Si3N4結(jié)合SiC材料的顯氣孔率最大，但其抗電解質(zhì)滲透性要明顯優(yōu)于Si2N2O結(jié)合SiC。
四：結(jié)語
（1）Si3N4結(jié)合SiC、Si2N2O結(jié)合SiC、Sialon結(jié)合SiC材料的抗冰晶石侵蝕能力次序：Si3N4結(jié)合SiC＞Si2N2O結(jié)合SiC＞Sialon結(jié)合SiC。
（2）Si3N4結(jié)合SiC材料的抗電解質(zhì)滲透性要明顯優(yōu)于Si2N2O結(jié)合SiC和Sialon結(jié)合SiC材料
（3）相對而言，Si3N4結(jié)合SiC材料更適合用于鋁電解槽側(cè)襯。