隨著煉鋁技術的提高及大型預焙電解槽的廣泛采用，傳統的炭質側襯材料損毀的問題日益嚴重，影響電解槽的積極技術指標，降低槽壽命。而SiC質耐火材料由于其卓越的性能，已經成為側襯用材料的發展方向。

SiC質耐火材料分為氧化物結合和非氧化物結合兩大類，而氧化物結合氮化硅以被證明不適合用于鋁電解槽側襯。非氧化物結合SiC包括Si3N4結合SiC、SiN2O結合SiC、Sialon結合SiC及重結晶SiC等。重結晶Si C由于價格過于昂貴，使用領域受到限制。

對于SiC質耐火材料的抗冰晶石侵蝕性能，國內外已有許多報道，但大都采用靜態法，且缺乏系統的研究。本實驗采用動態的旋轉圓柱體法，主要研究Si3N4結合SiC、Si2N2O結合SiC及Sialon結合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

采用反應燒結法，分別指的Si3N4結合SiC、Si2N2O結合SiC及Sialon結合SiC試樣，試樣尺寸φ20X30，內孔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。實驗采用旋轉圓柱體法，試驗溫度975℃，保溫時間16h，旋轉速度為200r/min。

二：實驗結果與討論

實驗結果如圖1所示。從圖1中可以看出：三種SiC質材料都具有優異的抗冰晶石侵蝕性能，其中Si3N4結合SiC材料侵蝕最小，Sialon結合SiC次之，Sialon結合SiC材料相對較差。

對侵蝕后的SN、SNS、SA試樣分別做SEM分析，發現試樣的氣孔明顯減少，三種試樣都被電解質完全滲透。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與大顆粒的間隙及基質內氣孔被電解質所填充的情況

Si3N4、SiC與冰晶石并不能直接反應，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。由于熔融電解質粘度很小，而Si3N4結合SiC材料又不能與電解質反應生成高粘度或高熔點的新相來阻擋電解質的滲入，所以試樣被電解質完全滲透。

SNS試樣表面蝕損較嚴重化，基質的量明顯減少，有SiC顆粒脫落，有的SiC顆粒邊緣稍微呈鋸齒狀。基質中氣孔形狀變得狹長，有的氣孔形成了連續的通道。分析原樣發現Si2N2O結合SiC試樣表面基質和顆粒間有明顯的縫隙，這就為電解質的滲入提供了通道。由于制樣時需引入一定量的SiO2成分，勢必導致含氧玻璃相增加，而玻璃相很容易與滲入的冰晶石發生如下反應

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構疏松而被沖刷掉。

SA試樣侵蝕后，在距表面至試樣內部約1mm厚帶內，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成分溶于電解質所致。因為冰晶石與AL2O3的反應產物為低熔點液相。因而破壞了材料基質和顆粒間的牢固結合，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結合SiC、Si2N2O結合SiC、Sialon結合SiC質坩堝，坩堝尺寸為φ50X50，中孔為φ25X25。坩堝內裝電解質15g，于975℃下保溫6小時，實驗后沿直徑方向切開坩堝。經EDAX分析，電解質在坩堝中的滲透深度如表2所示。

從表2可以看出，雖然Si3N4結合SiC材料的顯氣孔率最大，但其抗電解質滲透性要明顯優于Si2N2O結合SiC。

四：結語

（1）Si3N4結合SiC、Si2N2O結合SiC、Sialon結合SiC材料的抗冰晶石侵蝕能力次序：Si3N4結合SiC＞Si2N2O結合SiC＞Sialon結合SiC。

（2）Si3N4結合SiC材料的抗電解質滲透性要明顯優于Si2N2O結合SiC和Sialon結合SiC材料

（3）相對而言，Si3N4結合SiC材料更適合用于鋁電解槽側襯。