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硅碳棒发热元件侵蚀原理分析

2022-09-23 11:19:56     点击:

    首先,打开1号炉门,发现炉膛中间部位的4只硅碳棒发热部分侵蚀严重,表面出现许多红枣大小、壁薄、透明的气泡状物质,还有少许具有金属光泽的小米粒状物质。靠近炉膛两头部位的8只情况略微好一些,但也有析出物和鼓泡现象。在这种情况下若继续用1号炉而不采取更换硅碳棒等措施进行检测,已很难保证以后试验的正常运行。

    打开2号炉门,发现侵蚀程度明显减少,仅有2只硅碳棒发热部分发现少许3 mm左右小泡状突起,其它10只表面几乎没有发泡现象,但匣钵内壁腐蚀明显。2号炉总体性能并未受多大影响,取出匣钵后可继续进行耐火材料的热处理试验。

    硅碳棒发热元件是用高纯度绿色六方为主要原料,按一定料比加工制坯,经2200℃高温硅化再结晶烧结而制成的棒状非金属高温。氧化性气氛中正常使用温度可达14500C,连续使用可达2000h。文献介绍:硅碳棒在大气中于10002000℃时具有较好的抗氧化性能,这主要是因为SiC'.表面由于氧化生成了一层非常致密、结合牢固的SiOz薄膜,氧分子在SiOz膜中的扩散系数很小,从而在一定程度上阻止了SiC'.的进一步氧化,这种氧化模式称作钝性氧化。但在某些条件下,如高温或较低的氧分压条件下,SiC'.表面上生成挥发性的Si(),或者早期生成的SiOz薄膜被环境中其他气体还原为Si(),从而导致SiC'.材料被快速氧化,这种氧化方式称为活性氧化。本试验中我们发现,在被侵蚀的部位表面出现许多红枣大小、壁薄、透明的气泡状类似玻璃的物质,同时还有少许具有金属光泽的颗粒状物质。通过分别对它们进行检测,得知气泡状类似玻璃的物质为析出的SiOz,少许具有金属光泽的颗粒状物质为游离硅。原因可能是在高温状态下,马弗炉膛内的氧气、试块中释放出的水蒸气、酸蒸气与硅碳棒发生反应,反应方程式如(1)一(})所示。SiC<s)+20z <g)=SiOz(s)+COz <g)(1)SiC(a)+4Hz()(g)=SiOz(s)+COz(g)+4Hz(g)(2)SiOz(a)+Ha fig)=Si0<s)+Hz()(g)C3)SiOz(a)+2Hz (g)=Si(a)+2Hz0(g)。

    硅碳棒在有水蒸气条件下的氧化也遵循“钝性氧化”规律。由于可塑料试块中所含矿物结晶水及磷酸脱水等形成的水蒸气高温蒸发而造成强制流动,改善了反应动力学条件,极大地促进了硅碳棒中SiC的氧化。同时,由于酸性气体的存在,使得第一步生成的Si():进一步反应,生成挥发性的Si(),破坏了硅碳棒表面的Si():薄膜,反应进一步加剧,在还原气氛下,部分Si():被还原成游离硅,这样就逐步侵蚀到硅碳棒内部,在这种气氛下发生的已不是“钝性氧化”,而是“活性氧化”。另外,常见的磷酸脱水后生成的浓磷酸(亦或叫焦磷酸)在高温下也可腐蚀二氧化硅,综合以上因素,使得硅碳棒加热部位在短时间内即可遭到严重破坏。www.zbqunqiang.cn


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