氮化硅结合碳化硅简介(SNBSC)技术详解-（9）当代SNBSC 制造工艺的简要概述

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9 当代SNBSC 制造工艺的简要概述

SNBSC 的生产工艺相对简单，使其成为进入碳化硅制造领域的一个具有吸引力的选择。与其他碳化硅陶瓷类型 (HPSC、DSSC、RSSC) 相比，SNBSC 的制造成本更低，技术壁垒也更低。

从根本上讲，SNBSC 与 HPSC、DSSC 和 RSSC 不同，是一种非常容易生产的陶瓷材料。对于 SiC 生产而言，进入壁垒最低的是 SNBSC 和 GBSC。虽然 GBSC 除了磨料行业外工业用途非常有限，但 SNBSC 是全球 SiC 耐火材料行业的主力军，并且在支撑采矿和矿物加工的耐磨行业中越来越重要。因此，对于进入 SiC 生产领域的初学者而言，SNBSC 是一个非常具有吸引力的选择。

9.1 SNBSC 生产的基本原理和流程

与 RSSC 一样，SNBSC 也是一种净形陶瓷，不需要额外的成型步骤。 SNBSC 的生产过程相对简单，易于操作。

3Si + 2N₂ ——> Si₃N₄

生产流程:

• 配料和混合: 碳化硅磨粒与硅粉、有机结合剂及其他添加剂分批混合。。

• 成型: 将混合物塑形为所需形状。

• 氮化反应: 将成型件置于氮化炉中，用流动的氮气 (可能混合其他气体) 进行加热。氮化温度不能超过 1450°C。

优化要点:

• 氮化温度: 尽可能高，但不能超过 1450°C，以免发生热失控。

• 氮化是放热的，所以热失控是有风险的。

• 氮化催化剂: 使用合适的催化剂可以降低反应温度和缩短反应时间。

• 氮化气体成分: 除了氮气，还可以加入其他气体 (例如氢气) 促进反应。

• 硅粒度和 SiC 粒度: 合适的粒度分布可以提高烧结密度和降低孔隙率。

优化目标:

• 最小化孔隙率。

• 氮化:硅前驱体粉的完全氮化。

• 最大化 SiC 含量。

• 最大化强度。

• 最大化耐磨性，尤其是抗湿蚀性。

9.2 SNBSC 生产的基本步骤

SNBSC 生产流程包含四个主要步骤，每个步骤都遵循安全高效的原则：

1. 配料和混合:

干混： 根据表 4 的配方，将不同粒径的 SiC 磨料粉末混合（多种尺寸，实现最大颗粒堆积密度），优化颗粒堆积密度，然后加入 5-30% 的硅粉 (≤ 100 微米) 进行干混。

湿混： 使用溶解有机粘合剂的液体溶剂 (水或极性溶剂) 添加到干混料中，充分混合均匀。理想的添加剂包括 4-5% 木质素，可能还有 0.5% 膨润土粘土作为额外的粘合剂，以及 0.75-2 重量％ 铁粉 (以硅为基准) 作为氮化催化剂。

干混料适用于模压或等静压。

湿混料需要干燥或制粒后再进行压型，或直接用于湿成型工艺。

2. 成型:

NBSC 是一种耐火陶瓷，由粗粒砂浆状坯体制成，因此最适合用于耐火砖成型方法。

压制： 使用半自动或全自动压机，将干燥的颗粒状原料压入钢模具中形成简单形状。

复杂形状可以使用等静压成型。

其他湿成型方法也适用。 由于颗粒较粗，振动成型(Vibro-forming)和塑料成型(plastic forming)非常适合 NBSC，而挤压和注塑成型则不太适合。

湿成型后的坯体需要在干燥炉中干燥后再放入窑炉。 压制后的坯体可以原样放入窑炉。

3. 烧制:

将坯体放入工业级氮化炉中。

在纯氮气或与其他气体 (氩气、氖气、氢气、氨气) 混合的流动氮气中，在不超过 1450°C 的温度下进行氮化，最高温度约保持一小时。

冷却： SiC 具有优异的导热性，因此相对较快的冷却速率是可以接受的。

4. 精加工和质检:

测量坯体尺寸，确保符合指定的公差。

检查密度，是否符合客户规格。

通过静水称重测量孔隙率。

根据 ISO9000 要求，为每个坯体分配批号以进行追溯。

包装和发货。

总而言之，SNBSC 生产过程简单灵活，得益于 John Swentzel 的出色配方手册，我们可以轻松地在实验室或工业规模上生产高质量的 SNBSC。

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