對(duì)于鋁電解措用碳化硅耐火材料而言，抗熔融冰晶石電解液侵蝕性是影響其使用壽命的決定性因素。傳統(tǒng)的碳質(zhì)側(cè)襯材料損毀問(wèn)題日益嚴(yán)重，影響電解槽的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，降低槽壽命。而SiC質(zhì)材料由于其卓越的性能，已經(jīng)成為側(cè)襯用材料的發(fā)展方向。熔渣侵蝕是耐火材料在使用過(guò)程中最常見(jiàn)的一種損壞形式，在實(shí)際使用中，約50％是由于熔渣侵蝕而損壞。對(duì)于鋁電解槽用碳化硅耐火材料而言，抗熔融冰晶石電解液侵蝕性也是影響其使用壽命的決定性因素。
SiC的燒結(jié)溫度高達(dá)2000℃，一般工業(yè)窯爐無(wú)法生產(chǎn)，即使生產(chǎn)出來(lái)其成本造價(jià)也很高。為了降低SiC質(zhì)材料的燒結(jié)溫度，使其能在工業(yè)生產(chǎn)上推廣應(yīng)用，一般常在SiC中添加結(jié)合劑降低燒結(jié)溫度。窯具的性能、壽命等也與結(jié)合劑的選擇有關(guān)，目前，不同結(jié)合劑種類(lèi)繁多，歸納起來(lái)有以下幾種：粘土結(jié)合、高鋁結(jié)合劑結(jié)合、莫來(lái)石結(jié)合、氧化物結(jié)合、氮化物結(jié)合、再結(jié)晶結(jié)合及賽隆結(jié)合等。本文選用硅微粉作為結(jié)合劑燒結(jié)碳化硅耐火材料，并研究此材料抗冰晶石侵蝕性能。
硅微粉為非晶態(tài)，高溫下會(huì)析晶，析出的主要晶相為α一方石英，其結(jié)構(gòu)疏松，晶型轉(zhuǎn)變時(shí)伴隨較大的體積效應(yīng)，影響窯具質(zhì)量，因此還需加入一定的礦化劑，礦化劑的作用是促使生成較多的液相，因?yàn)棣烈环绞?huì)溶解于液相并析出溶解度較小的α一磷石英，α一磷石英轉(zhuǎn)變體積效應(yīng)小，且交錯(cuò)成網(wǎng)狀，從而可以提高窯具的強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性。Mn02礦化能力強(qiáng)，窯具性能好，但會(huì)污染制品；caO礦化能力不強(qiáng)，但會(huì)提高窯具的耐火度。在此我們采用 CaO—Mn02混合礦化劑，目的是充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，而克服其各自的不足之處。
將燒結(jié)好的試樣分兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(每個(gè)試樣上均開(kāi)有直徑為2cm，深為1.5cm的凹槽)。
(1)第一組試樣填入冰晶石；
(2)第二組試樣均填入冰晶石和螢石的混合物(冰晶石：螢石=1：1)。
將這兩組試樣中的填充物壓實(shí)，數(shù)量以填滿(mǎn)槽的2/3深為宜。然后同時(shí)放入SX2—10—14箱式 電子爐(wZK三相可控硅溫度控制器)中進(jìn)行煅燒，條件為960℃保溫100h。將燒過(guò)的試樣冷卻至室溫后，取出并在DZE一300B型混凝土抗折壓試試驗(yàn)機(jī) 上劈開(kāi)，用數(shù)碼相機(jī)拍攝，觀(guān)察其渣坑形狀以及渣樣狀態(tài)，測(cè)出其深度并分析侵蝕效果。
試樣中的渣坑(見(jiàn)圖)有一定程度的變形，渣樣有大量氣泡產(chǎn)生，有粘渣現(xiàn)象，侵蝕和滲透并存。SiC與冰晶石并不能直接反應(yīng)，但其晶間玻璃相很容易被冰晶石蝕掉，這也正是試樣被侵蝕后表面疏松出現(xiàn)大量氣泡的原因。試樣中的渣坑周?chē)袣馀莓a(chǎn)生，有粘渣現(xiàn)象，螢石變成燒結(jié)固體，侵蝕程度輕微，滲透嚴(yán)重。
抗侵蝕性能在碳化硅耐火材料的應(yīng)用中是一個(gè)比較重要的性能。電解質(zhì)熔液對(duì)碳化硅材料的侵蝕是借助于材料生成的氧化物與冰晶石的反應(yīng)，高粘度的生成物NaAlSi0能有效阻止腐蝕過(guò)程的進(jìn)一步進(jìn) 行。在第一組試樣中，侵蝕嚴(yán)重，主要由氣和液的共侵蝕反應(yīng)以及液體的沖蝕作用造成。由于使用硅微粉做結(jié)合劑，所以試樣中還有一定量Si02成分，勢(shì)必導(dǎo)致含氧玻璃相增加，而玻璃相很容易與滲入的冰晶石發(fā)生如下反應(yīng)：式中：[Si，0]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(jié)構(gòu)疏松而遭侵蝕；第二組試樣中由于螢石變成燒結(jié)固體，侵蝕程度有所下降。
Na3A1F6+[Si，O]一SiF4+ NaF+A1203
結(jié)論 ：(1)硅微粉作為結(jié)合劑以及復(fù)合礦化劑的加入使得燒結(jié)溫度大大降低。
(2)硅微粉結(jié)合碳化硅耐火材料抗冰晶石侵蝕能力較差，侵蝕和滲透并存；抗冰晶石和螢石混合物侵蝕 的能力較好，侵蝕程度輕微，滲透嚴(yán)重。