1.4 硅鐵合金
硅鐵即硅與鐵的合金，目前主要用于煉鋼領(lǐng)域作為脫氧劑和合金劑以及用于鑄造領(lǐng)域作為鑄鐵孕育劑和球化劑。隨著硅含量的不同，可形成各種硅鐵化合物，具有FeSi，α-FeSi2，β-FeSi2, Fe3Si 等多種不同的物相結(jié)構(gòu)，與之相對應(yīng)的是不同的物理性能和應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)中，硅鐵合金按含硅量有45%, 65%, 75%和90%多種品級，在不同牌號的硅鐵中，目前應(yīng)用最廣泛的是75%的硅鐵，其中硅含量占74%~80%，主要物相為結(jié)晶硅(灰色)及ζ 相(FeSi2.3)。
由于工業(yè)生產(chǎn)中需要從空氣中分離出氧氣，因此，有大量氮氣富余。在金屬-氧化物-非氧化物體系中，通過將氮氣與金屬或合金復(fù)合，作為原料使用，在耐火材料中具有廣闊的前景。添加硅鐵合金在耐火材料中，在氮化氣氛下燒結(jié)可以原位生成Si3N4 和Fe3Si，為體系提供廉價的氮化硅來源，因此硅鐵合金在耐火材料中的應(yīng)用越來越引起人們的注意。
翟亞偉等研究了采用碳化硅、氮化硅和硅鐵合金粉(FeSi75)為原料，在1300℃氮化燒成，制備出Fe-Si3N4-SiC 復(fù)合材料；試驗研究了硅鐵含量對試樣性能的影響，結(jié)果表明硅鐵含量為12%時，試樣常溫耐壓強度可達181MPa，高溫抗折強度為27.4~39.8MPa，氣孔率為9.7%，體積密度為2.87g/cm3。朱曉燕等采用碳化硅和硅鐵合金粉(FeSi75)為原料，在高純氮氣中1450℃下燒成，并在升溫過程中分別在1150℃、1280℃和1360℃保溫，成功制備出體積密度為2.65g/cm3，氣孔率為18%、常溫耐壓強度為145MPa、荷重軟化開始溫度為1750℃的Fe-Si3N4-SiC 制品，其微觀結(jié)構(gòu)中硅鐵金屬間化合物呈直徑小于10μm 的小球狀分散于材料中，是有益于材料的金屬塑性相。郭有夫等采用工業(yè)黑色SiC(純度為SiC> 98%)、Si 粉、硅鐵粉(Si>75.8%，F(xiàn)e>55.1%)作為原料，在氮化氣氛下1380℃保溫5h 制備出Si3N4-SiC 制品。研究表明Si 粉在坯體中發(fā)生原位生成的氮化硅作為結(jié)合相存在，提高了試樣強度的提高；硅鐵粉中Fe 元素的存在對于硅粉的氮化起著加速催化的作用，當(dāng)硅鐵粉含量為2%時，性能最佳，顯氣孔率10.4%、體積密度2.73 g/cm3、常溫耐壓強度150MPa、常溫抗折強度51 MPa。
2.1 氮化硅
氮化硅在陶瓷行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，其結(jié)構(gòu)決定它具有機械強度高、耐腐蝕性好、熱震穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫等優(yōu)點，現(xiàn)在己經(jīng)被應(yīng)用于鋼鐵冶金工業(yè)中。20世紀70 年代氮化硅結(jié)合碳化硅開始用于高爐風(fēng)口部位，目前氮化硅主要被用于水平連鑄分離環(huán)[14]、炮泥和出鐵溝澆注料中，此外高爐用氮化硅及賽隆結(jié)合碳化硅制品近年來也迅速發(fā)展。一般把氮化硅作為耐火材料中的高溫相或者結(jié)合相，主要用于與Al2O3復(fù)合，得到的Al2O3-Si3N4 系復(fù)合材料，在高溫使用的過程中發(fā)生固溶，形成β-sialon結(jié)合相，具有很好的使用性能。目前的主要研究體系集中在Al2O3-SiC-C 材料，Si3N4-SiC復(fù)合材料，β-sialon 單相材料、β-sialon -Al2O3 復(fù)合材料、β-Sialon -Al2O3-SiC復(fù)合材料等領(lǐng)域。
目前利用氮化硅作為結(jié)合相主要有三種方式：一是添加純氮化硅作為原料；二是添加金屬硅粉作為原料，在氮化氣氛中原位合成氮化硅；三是同時添加部分純氮化硅，同時添加金屬硅粉，反應(yīng)過程中在耐火材料基質(zhì)中原位生成Si3N4 結(jié)合相。吳宏鵬等采用Si3N4 細粉、SiC、Si 粉、硅灰為原料，木質(zhì)素磺酸鈣水溶液作成型結(jié)合劑，在空氣氣氛中采用常規(guī)燒結(jié)爐在1450℃燒成Si3N4-SiC 復(fù)合材料，其性能為顯氣孔率15%、體
積密度2.63、常溫耐壓強度157MPa、常溫抗折強度54 MPa、高溫抗折強度38MPa。有學(xué)者通過引入Si3N4 和提高Si 的加入量等途徑原位合成制備出Sialon 增強耐火材料。此外，還有一些研究者以天然原料為原材料，原位合成氮化硅作為結(jié)合相。