0 引 言

硅莫磚，有“耐磨磚”的諧音，20世紀(jì)90年代初試制成功，曾叫HMS高耐磨磚，耐磨系數(shù)高于磷酸鹽結(jié)合高鋁磚五倍以上[1]。就其物相成分來講應(yīng)該為碳化硅—莫來石制品，簡稱硅莫磚。這個稱謂大多在建材行業(yè)流行，其他行業(yè)一般稱為高鋁碳化硅磚、三氧化二鋁—碳化硅磚。

近年來，硅莫磚在水泥回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用得到快速發(fā)展，特別是新型干法窯的出現(xiàn)和大型化，窯的轉(zhuǎn)速、窯內(nèi)熱應(yīng)力強(qiáng)度大幅度提高，對耐火材料的材質(zhì)、理化性能提出了新的更高要求。因此水泥回轉(zhuǎn)窯除燒成帶在其所掛窯皮的保護(hù)下尚在使用鎂鉻磚外，次燒成帶、過渡帶、冷卻帶在改用硅莫磚后，效果明顯好于鎂鉻磚。

目前國內(nèi)江蘇、山西、山東、浙江等省有數(shù)十家耐火材料企業(yè)生產(chǎn)這種產(chǎn)品。由于這種產(chǎn)品原料來源方便，工藝要求不嚴(yán)，各企業(yè)實(shí)際產(chǎn)能很大，只要能生產(chǎn)粘土磚或高鋁磚就能生產(chǎn)硅莫磚。產(chǎn)品供大于求，市場競爭激烈。硅莫磚具有耐高溫、抗侵蝕、抗磨損特性，不過由于各企業(yè)的技術(shù)水平差異，產(chǎn)品質(zhì)量也不同。如何生產(chǎn)質(zhì)量高的硅莫磚，提高水泥窯用耐火材料的使用壽命，本文作些探討，供硅莫磚的生產(chǎn)和使用參考。

1 硅莫磚工藝技術(shù)的發(fā)展

早在1891年美國人艾奇遜發(fā)明合成碳化硅，1903年碳化硅磚試制成功，距今己經(jīng)一百多年了。眾所周知，碳化硅耐火度高，在還原氣氛中到2 600 ℃一直是穩(wěn)定的；硬度大（莫氏硬度9～9.5），僅次于金剛石；熱導(dǎo)率高（至500 ℃時達(dá)64.4 W/m·K，到875 ℃時達(dá)41.4 W/m·K），熱膨脹系數(shù)比較?。?.0×10-6/c）。碳化硅為共價健結(jié)合。不存在通常所說的燒結(jié)性，而靠化學(xué)反應(yīng)生成新相達(dá)到燒結(jié)，即反應(yīng)燒結(jié)。因此碳化硅制品按結(jié)合相不同分為粘土結(jié)合、莫來石結(jié)合、二氧化硅結(jié)合、Si2N2O結(jié)合、Si3N4結(jié)合、Sia/on結(jié)合等碳化硅制品。其性能指標(biāo)見文獻(xiàn)[2]，莫來石及剛玉莫來石結(jié)合的制品強(qiáng)度高，見表1。碳化硅系人工合成，其制品成本高，特別是氮化硅、賽隆、重結(jié)晶結(jié)合等制品，生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備要求高。并且碳化硅制品的熱導(dǎo)率高（15～17 W/m·K），并非是水泥窯的理想耐火材料。我國試用過，沒有推廣[3]。

20世紀(jì)80年代末期，國際上開始研究二元系乃至三元系中氧化物與非氧化物的復(fù)相耐火材料，在著名耐火材料專家鐘香崇院士的領(lǐng)導(dǎo)下，我國也進(jìn)行了復(fù)相耐火材料的研究工作，作為非氧化物，人們熟知的SiC得到格外關(guān)注，于是SiC剛玉制品、SiC鋯英石制品、SiC莫來石制品等先后研制成功。這些復(fù)相耐火材料的特點(diǎn)是常溫和高溫強(qiáng)度比單一氧化物材料高，抗氧化性能比單一SiC好，而這些復(fù)相材料的氧化屬于保護(hù)性氧化，材料表層的SiC氧化為SiO2，在材料表面逐漸形成保護(hù)層，阻礙了氧化向制品內(nèi)部進(jìn)一步滲透。這些復(fù)相制品燒成溫度較單一氧化物制品低，而制品強(qiáng)度卻高。在我國研究比較多的是純剛玉SiC制品，其次是剛玉莫來石制品，剛玉硬度大（莫氏硬度為9.0～9.2），耐磨性好，但結(jié)合度不如莫來石剛玉制品。含SiC復(fù)相材料的強(qiáng)度指標(biāo)取決于結(jié)合相，也可以說是制品燒成時的二次莫來石化程度。純剛玉SiC制品，靠SiC氧化產(chǎn)生的SiO2與基質(zhì)中的Al2O3反應(yīng)形成莫來石結(jié)合，根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]介紹，SiC加入量10%～15%綜合指標(biāo)較好，SiC過量，不利于成型，坯體性能下降。而且還要盡量保護(hù)SiC不被氧化，發(fā)揮SiC在制品中的作用，提高制品熱震穩(wěn)定性、耐磨性等指標(biāo)。因此純剛玉SiC制品靠SiC氧化而形成的二次莫來石有限，燒成溫度也高，要靠添加金屬Si、Al粉等添加物來實(shí)現(xiàn)二次莫來石化。純剛玉及添加物售價高，制品的成本與使用壽命不成正比。我國天然高鋁礬土得天獨(dú)厚，而且屬于水鋁石—高嶺石型，用高鋁礬土熟料與SiC生產(chǎn)復(fù)相耐火材料，自然受到關(guān)注，在20世紀(jì)90年代初期就有人生產(chǎn)這種制品，在冶金、電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。其實(shí)水泥行業(yè)的硅莫磚與冶金行業(yè)的高鋁SiC磚沒有多大差別，也是用高鋁熟料與SiC配料制取的制品，并非用純莫來石、SiC生產(chǎn)。眾所周知，我國的特等和一等高鋁熟料主要由剛玉莫來石及少量玻璃相組成，它構(gòu)成硅莫磚的骨架，基質(zhì)由SiC、

Al2O3、SiO2質(zhì)材料構(gòu)成。二次莫來石化效應(yīng)是由碳化硅氧化產(chǎn)生的SiO2與Al2O3反應(yīng)產(chǎn)生。燒成過程發(fā)生下列反應(yīng)：

SiC+O2 = SiO+CO

2SiO+O2=2SiO2

2CO+O2=2CO2

反應(yīng)得到的SiO2，一部分沉積在顆粒表面形成保護(hù)膜，防止其進(jìn)一步氧化，另一部分填充和封閉氣孔，使結(jié)構(gòu)致密。如果SiC大量氧化，將使磚氧化層加厚，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松。為了防止SiC氧化，加入金屬Si、Al粉等防氧化劑。Si粉氧化后生成SiO2，即Si+O2=SiO2，2SiO2+3Al2O3=3Al2O3·2SiO2

（莫來石）。隨著Si加入量的增加，氧化層厚度減薄?？墒羌尤肓砍^2%時，制品氣孔率上升，耐壓強(qiáng)度下降，這是由于過量SiO2造成二次莫來石化效應(yīng)過大，伴隨體積膨脹過大，使結(jié)構(gòu)疏松[6]。添加金屬Al粉，以金屬Al粉、Al2O3和SiC混合粉，共磨混合，在制品燒成過程中，Al 在1 000 ℃時氧化為Al2O3，SiC在1250 ℃時氧化為SiO2，Al2O3和SiO2在1 400 ℃時開始反應(yīng)形成莫來石[7]。單獨(dú)加入金屬Si或Al，制品表面氧化層均較?