碳化硅澆注料在垃圾焚燒爐內具有保護金屬水冷管和傳熱的雙重作用，其失效的主要形式是受爐內高溫氣體作用產生開裂和剝落。近年來，碳化硅澆注料抗水蒸氣氧化成為了重點研究，碳化硅澆注料在1000℃空氣和水蒸氣條件下的氧化行為，對改進垃圾焚燒爐用SiC材料的制備技術，優化爐襯配置等具有重要的指導作用。

試驗用主要原料為：工業SiC顆粒SiC≥98%，粒度為3~1.5/1.5~0.5、≤0.5mm，SiC細粉SiC≥97.5%，粒度≤45μm，SiO2微粉、AL2O3微粉和鋁酸鈣水泥，試樣中骨料與細粉的質量比為72:28，其中SiO2微粉、AL2O3微粉和鋁酸鈣水泥的添加量依次為5%、3%、5%。按要求配料，經混料3~5min后振動成型為40mmX40mmX75mm的坯體試樣，養護24h后于110℃保溫10h干燥，最后于1000℃保溫5h熱處理待用。

1000℃ 保溫5h熱處理后碳化硅澆注料的理化性能：體積密度為 2.68g/cm-3，顯氣孔率為14.1％，和1400℃燒成產品相當。由于材料未燒結，其抗折強度和耐壓強度比較低，分別為 16.2和176MPa。SiC含量約為85%，約含有5%的SiO2和AL2O3以及由鋁酸鈣水泥引入的約1.5%的CaO。

1、氧化試驗結果

圖1示出了碳化硅澆注料在空氣和水蒸氣氧化前后的顯氣孔率。可以看出，無論是空氣還是水蒸氣氧化，顯氣孔率均變化不大。氧化150h試樣與氧化前相比，水蒸氣條件下的顯氣孔率略有增大；空氣條件下的顯氣孔率略有減小。可能與水蒸氣條件下試樣結構遭到較大破壞有關。一般情況下，碳化硅氧化會因氧化產物SiO2等堵塞氣孔導致氣孔率在氧化初期下降明顯，后期逐漸趨于平穩，但對于碳化硅澆注料卻沒有出現早期顯氣孔率下降的情況。可能

和水泥水化產物在1000℃長時間保溫分解更趨完全有關.

圖2示出了碳化硅澆注料在空氣和水蒸氣中氧化前后質量變化率。可以看出，隨著時間的延長，空氣和水蒸氣條件下質量變化率均增大，水蒸氣條件下質量變化率增加速度明顯高于空氣條件下的。可能是因為水蒸氣條件下，SiC首先會與水蒸氣反應生成SiO2，并且氧化層SiO2繼續與水蒸氣發生反應生成Si（OH）4，起不到保護作用。從氧化反應控制機制來看，在空氣條件下，隨著時間的延長，氧化反應由化學反應控制轉向擴散控制，速率減緩；在水蒸氣條件下，氧化反應主要受化學反應控制.

圖3示出了碳化硅澆注料在空氣和水蒸氣中氧化前后體積變化率。可以看出，空氣條件下體積變化率明顯小于水蒸氣條件下的。隨著時間的延長，空氣條件下的體積變化率趨于平緩和穩定；在水蒸氣氧化后期，體積變化率異常增大，與試樣的結構遭到較大破壞引發顯氣孔率略有增加相吻合。高溫下水蒸氣向SiC磚孔隙中的滲透能力增加，同時由于高溫蒸發而造成的強制流動，改善了反應動力學條件，表觀活化能較小，氧化反應易于進行。

2、分析與討論

碳化硅澆注料在空氣和水蒸氣條件下經150h氧化前后的物相組成。可以看出，試樣氧化前的主晶相為碳化硅，1%~3%方石英和1%~3%剛玉。空氣氧化150h后出現了3%的二鋁酸鈣CA2和3%~5%的鈣長石，方石英的量增加為3%~5%。水蒸氣氧化150h后出現了10%的鈣長石，方石英的量增加為3%~5%。結合氧化前后質量變化率可知，水蒸氣條件下生成了更多的氧化產物SiO2，存在形式為方石英和鈣長石。

碳化硅澆注料在空氣中氧化后，氣孔內壁光滑，有一層薄的、致密的與基體結合牢固的液態保護膜，和氧化后期顯氣孔率略有降低，質量變化率和體積變化率趨于穩定相吻合。從碳化硅澆注料在水蒸氣中氧化中看到表面發生明顯氧化，氧化產物為顆粒狀集聚物。看到碳化硅顆粒和基質之間的界面結合被破壞，形成大裂紋。看到氧化膜表面出現裂紋。和空氣氧化相

比，水蒸氣氧化對碳化硅澆注料的結構破壞更嚴重，隨時間延長不能形成有效的保護膜，導致氧化反應持續進行，體積膨脹到一定程度，內部結構被破壞，材料開裂、剝落，失效