翟亚伟等和LiYong等研究了以FeSi7Si3N4和SiC为主要原料在1300℃下合成氮化硅铁结合SiC复合材料,结果表明:当硅铁含量为12%(w)时,氮化硅铁结合SiC复合材料的综合性能佳;而当硅铁含量为15%(w)时,过多的Fe反而阻碍了Si的完全氮化,使硅铁的氮化程度降低,复合材料综合性能下降!金属间化合物Fe3Si在复合材料中扮演着塑性相的作用,可以提高复合材料的力学性能!而秦海霞等以热固酚醛树脂为结合剂,制备氮化硅铁-刚玉复合材料时,却发现氮化硅铁中部分Fe3Si转化成了Fe4N,酚醛树脂结合剂中部分残碳与氮气反应生成了C3N4,氮化硅与刚玉发生固溶,生成了β-SiAlON.
而且过量铁元素的存在也会使试样在高温时的液相量增多,导致试样强度下降.陈俊红等研究发现,当氮化硅铁加入量为12%(w)时,有助于提高炮泥的高温抗折强度和抗冲刷性,延长出铁时间.邱海龙等和占华生等分别将含氮化硅铁5%和10%(w)的Al2O3-SiC-C无水炮泥在3200、580、260和2000m3等大中型高炉上进行了成功应用,无水炮泥的中高温强度和抗侵蚀冲刷性能得到了明显提高,炮泥使用过程中的扩孔速度慢,开口性能好,出铁时间延长到120min以上,减少了出铁次数,大幅降低了炉前工人的劳动强度!
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氮化硅铁结合SiC复合材料在1100~1300℃的氧化主要是SiC与Si3N4的氧化,氧化产物SiO2能起到保护膜的作用,阻止进一步的氧化;而且,氧化反应初期单位面积的质量变化符合直线规律,氧化中期符合二次曲线规律,氧化后期符合抛物线规律!研究还表明,相比Si3N4结合SiC复合材料,氮化硅铁结合SiC复合材料中的Fe还可以提高材料的抗热震性!朱晓燕等以FeSi75和SiC为主要原料,直接氮化烧结,在1450℃成功制备了性能优异的氮化硅铁结合SiC复合材料,此材料的耐压强度为145MPa,荷重软化开始温度为1750℃,其主要物相组成为SiC、α-Si3N4和Fe3Si,氮化产物以α-Si3N4为主,并有少量的β-Si3N4;而且Fe并未参加氮化,而是以稳定的金属间化合物Fe3Si的形式分散于晶界中。
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这些新物相的形成增强了颗粒与基质之间以及基质内部的结合,提高了材料的力学性能.李勇等以过渡塑性理论为基础,成功研制出不烧氮化硅铁-棕刚玉复合耐火材料和不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料,无需高温烧成,生产工序简单,原料价格低廉,大大降低了生产成本,同时产品具有强度高、抗热震性好、抗侵蚀性好、寿命长等特点,满足了RH精炼用耐火材料无铬化的需求.同时还研制出不烧氮化硅铁-氧化铝复合无碳滑板,无需高温烧成,无需浸油工序,大大降低了生产成本,且滑板内因不含AI4C3和AlN,具有良好的抗水化性能,满足了洁净钢连铸的需求.
氮化硅铁在复合耐火材料中的应用主要侧重于含碳复合材料和无碳复合材料!1含碳复合材料王跃等发现在ASC砖中加入氮化硅铁时,氮化硅铁中的Si3N4在高温使用过程中会转化为Si2N2O;而且随着氮化硅铁加入量的增加,Si2N2O生成量增加,ASC试样的高温抗折强度和抗渣侵蚀性能不断提高.AI2O3-C系材料是冶金工业中常用的含碳复合材料,具有较高的强度、良好的抗热震性和抗渣性能,被广泛应用于连铸用功能性构件,如滑板。
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为了解决加入氮化硅铁后镁质浇注料不好烧结的问题,涂军波等又研究了B4C加入量对镁质浇注料力学性能的影响,结果表明,B4C的加入一方面促进了烧结,提高了试样中高温处理后的强度;但另一方面B4C在烧结过程中氧化产生液相,降低了颗粒之间的直接结合程度,使得试样的高温抗折强度下降.3高铝浇注料高铝浇注料具有力学性能好、抗渗透、耐侵蚀、抗冲击等优异性能,广泛用于电站、锅炉、熔铸炉、加热炉、均热炉、热处理炉和感应炉等炉衬的不同部位!
专利中将研制的矾土-氮化硅铁复合耐磨砖取代传统的尖晶石砖,用于大型水泥回转窑过渡带,价格更低廉,耐磨性更好,寿命可达5a以上,提高了大型水泥回转窑的运转率。炮泥炮泥是一种用于堵塞高炉出铁口的重要耐火材料,出铁时,渣、铁同时从出铁口排出!随着高炉的大型化和长寿化,高风温、富氧喷吹、高压等冶炼技术的不断强化,对出铁口炮泥的性能提出了更高的要求,如具有高的抗化学、渣和生铁侵蚀性,良好的烧结性、填充性,优良的抗热震性和高温体积稳定性,环境污染小,易开口,能延长出铁时间并保护炉缸。