中國粉體網(wǎng)訊  隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，窯具作為一種特殊的耐火材料，已成為陶瓷工業(yè)和耐火材料工業(yè)等行業(yè)必不可少的高溫輔助材料制品。

窯具一般分為三大類：第一類是隧道窯、梭式窯等窯車臺面用輕質(zhì)邊圍磚，此類窯具使用環(huán)境溫度稍低，主要是能承受壓力的載荷且只要能達到低蓄熱的目的即可；第二類是立柱、棚板和橫梁等，該類窯具直接與火焰接觸，使用環(huán)境溫度高，棚板、橫梁等需要承受高溫及承重壓力的雙重作用，所以要求其應具備一定的高溫抗折強度及良好的抗熱震穩(wěn)定性；第三類是支承燒成中陶瓷坯體的專用窯具，如匣缽、墊板等，此類窯具不一定直接與火焰接觸，又只承受瓷件的重力，所以其使用環(huán)境要好得多。

在這些窯具中，棚板的面積大、厚度薄，也是目前窯具用量最大的一部分，無論是生產(chǎn)還是使用，它非常具有代表性。生產(chǎn)中常用的棚板材料有莫來石質(zhì)、堇青石質(zhì)、氧化物結(jié)合SiC質(zhì)、反應燒結(jié)碳化硅(SiSiC)等。

莫來石堇青石質(zhì)棚板

隨著低溫快速燒成制度的推廣，堇青石—莫來石窯具在我國現(xiàn)代陶瓷工業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的應用。堇青石—莫來石棚板以莫來石為骨料、堇青石為基料燒制而成。由于堇青石具有（SiO₂）n圓環(huán)狀結(jié)構，此結(jié)構中有較大的空隙，故具有熱膨脹系數(shù)小的特點，而莫來石熱膨脹系數(shù)大，導致兩種材料的膨脹系數(shù)不匹配，使得兩相界面形成微細裂紋，能有效降低溫度變化產(chǎn)生的熱應力，有效地避免了災難性裂紋的擴散，極大地提高了堇青石—莫來石質(zhì)耐火材料的熱穩(wěn)定性能；同時，由于莫來石晶體的耐火度高(熔點為1810℃)、機械強度高(室溫下抗彎強度為49MPa)，因此使用莫來石做骨料能有效地提高棚板的高溫強度。

（堇青石-莫來石棚板）

堇青石—莫來石棚板在使用過程中通常受到溫度快速變化的影響，產(chǎn)生了較高的熱應力，在熱應力的長期作用下，使得棚板的強度逐漸降低，最終形成災難裂紋的產(chǎn)生，使棚板開裂。因此，要緩解熱應力增長對堇青石—莫來石棚板使用壽命的影響，就必須提高堇青石—莫來石棚板的抗熱震性能。

剛玉莫來石棚板

目前，在高溫梭式窯上剛玉-莫來石棚板得到廣泛使用，該棚板具有優(yōu)良的高溫強度、抗熱震性和較高的使用溫度(1700℃)，且化學穩(wěn)定性良好，不易與所承燒的產(chǎn)品發(fā)生反應，特別適用于燒成軟磁(鐵氧體)材料和電子絕緣陶瓷。但是由于高溫棚板在高溫(一般>1600℃)下承載量較大，同時承受較大的剪切應力，易使棚板發(fā)生高溫彎曲蠕變。國內(nèi)現(xiàn)有的適用于1600℃～1700℃溫度段的高溫棚板的抗高溫彎曲蠕變性能大都不理想，致使當前高品質(zhì)的高溫棚板仍然擺脫不了對進口產(chǎn)品的依賴。因此，研制低高溫彎曲蠕變的高溫棚板，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

SiC質(zhì)棚板

SiC質(zhì)材料具有強度高、耐高溫、化學性能穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、導熱系數(shù)大和抗熱震性良好等優(yōu)良特性，其主要取決于結(jié)合相的組成與性質(zhì)，作為棚板材料越來越得到人們的重視。在碳化硅棚板中碳化硅的用量高達70%~80%，結(jié)合相只占20%~30%，但材料遠未發(fā)揮碳化硅固有的優(yōu)良性質(zhì)，材料的高溫性能(如強度、蠕變、抗熱震、耐氧化等)還有待改進。從結(jié)合劑的不同分類，SiC棚板一般可分為四大類：粘土結(jié)合SiC、氧化硅結(jié)合SiC、氮化硅（或氮氧化硅）結(jié)合SiC和再結(jié)晶SiC。

1、粘土結(jié)合的碳化硅棚板制品

粘土結(jié)合的碳化硅棚板制品主要用粘土作為結(jié)合劑與一定顆粒級配的SiC混合后，采用一定的方法成型，根據(jù)含量的不同于1350~1500℃之間的氧化氣氛中燒成，顆粒被粘土結(jié)合起來，其中的結(jié)合相主要為莫來石和石英(或方石英)，而結(jié)晶態(tài)的二氧化硅或者因為存在晶型轉(zhuǎn)變，或者因其膨脹系數(shù)較高導致材料的抗熱震性下降；用作結(jié)合劑的粘土在燒成時燒失量較大而影響材料的致密化，從而影響材料的強度和抗氧化能力；此外，粘土引入的雜質(zhì)成分使材料中玻璃相增多，也增大了高溫蠕變并降低了高溫強度。

2、氮化硅結(jié)合碳化硅制品

氮化硅結(jié)合碳化硅制品是我國80年代中期開始研制生產(chǎn)的一種高級SiC棚板材料，這種材料具有更好的物化性能：高溫強度好、導熱系數(shù)高、熱穩(wěn)定性好、荷重軟化點高、熱膨脹系數(shù)低、抗高溫蠕變能力強和抗酸能力強等。

（氮化硅結(jié)合碳化硅棚板）

在棚板使用后期，隨著氧化和變質(zhì)程度加劇及熱應力、機械應力的協(xié)同作用，棚板的結(jié)構受到損傷，可靠性下降，甚至發(fā)生災難性破壞�？傮w來說，氮化硅質(zhì)棚板材料具有很高的強度以及其它優(yōu)異的性能，其結(jié)合的SiC雖有良好性能，但其工藝過程對設備要求較高。

3、SiO₂結(jié)合碳化硅制品

SiO₂結(jié)合碳化硅制品的原料純度較高，低熔物雜質(zhì)含量少，性能較黏土結(jié)合碳化硅制品好很多，而價格同氮化硅結(jié)合和重結(jié)晶碳化硅制品相比又有很大優(yōu)勢，因此該制品得到了廣泛的應用。以SiO₂為結(jié)合劑的制品，可利用SiC的氧化性能在沒有礦物添加時于1350~1500℃中強氧化氣氛下燒成，它是借助SiC燒成的顆粒接觸表面氧化生成的SiO₂薄膜，將顆粒結(jié)合起來；也可在SiC泥料中加入含SiO₂的礦物成分在1300~1400℃的溫度下，由于結(jié)合劑形成液相從而生成SiO₂結(jié)合SiC制品，此制品具有優(yōu)異性能。不少研究者從SiO₂加入量，高熱處理溫度和添加黏土、Al₂O₃和CaO微粉等方面對現(xiàn)有的SiO₂-SiC棚板進行了性能優(yōu)化。

4、反應燒結(jié)碳化硅棚板

反應燒結(jié)碳化硅棚板具有高強度、高硬度、高耐磨、耐腐蝕及良好的抗氧化、抗熱震等性能，是應用最廣泛的結(jié)構陶瓷和窯具產(chǎn)品之一。

其他棚板

除了以上比較常見的棚板材料外，利用氮化硼、剛玉等耐氧化性好、硬度高、抗高溫性能好的陶瓷材料也引起了研究人員的關注，從而使其成為可利用棚板材料，但因其來源少、價格昂貴，在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)使用上具有一定的局限性。

參考來源：

[1]劉平安等.陶瓷燒成中棚板材料的研究現(xiàn)狀及展望

[2]周會俊等.高溫剛玉-莫來石棚板的生產(chǎn)與應用

[3]賀俊.堇青石—莫來石棚板抗熱震性能的研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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