碳化硅屬于共價鍵化合物，作為耐火材料的原料使用，一方面可以使用它的耐磨性能，莫氏硬度在（9.0~9.5），另一方面可以使用它的高溫強度，1400℃下的耐壓強度仍然能達到100MPa以上，作為耐火材料的原料唯一的缺陷是在氧化氣氛下的氧化，但有關于在水蒸氣環境下的氧化依據并沒有太多的公開資料，本文主要以碳化硅澆注料在1000℃水蒸氣中的氧化物相組成和顯微結構演變。
試驗用主要原料為：SiC≥98%的工業SiC顆粒（粒度≤0.5、0.5~1.5、1.5~3mm），SiC≥97.5%的SiC細粉（粒度≤45μm），SiO2≥97%的SiO2微粉（粒度≤0.5μm），AL2O3≥99%的AL2O3微粉（粒度≤5μm）和AL2O3=69.3%，CaO=29.7%鋁酸鈣水泥。實驗中骨料與細粉的質量比為72:28，按配方配料，經混料、振動成型、養護、烘干（110℃保溫10h）制備尺寸為40mmX40mmX75mm的坯體試樣，最后經1000℃保溫5h熱處理。將試樣放入可控氣氛爐內，以200℃·h-1的速度升溫到1000℃，維持水蒸氣濃度在32KgH2O（g）/m³，氧化時間分別為50、100、150、200、250、300h。觀察并記錄試樣的變化，有無裂紋等。
一：氧化實驗結果
經不同氧化時間，試樣外觀平整完好，未見開裂。試樣體積變化率和質量變化率隨氧化時間的變化：在前150h，試樣質量持續增加：150~200h，質量增加放緩：200~250h，質量開始以較大速率增加：250~300h質量增加開始回落，似乎呈現出一定的周期性。體積變化率和質量變化率基本同步，氧化初期，鋁酸鈣水泥在1000℃飽和水蒸氣條件下繼續水化。結合水的排出在內部營造的水蒸氣減弱了試樣外部水蒸氣的滲入速度，在一定成都上減緩了水蒸氣對材料的氧化作用。體積增大可能和水泥水化產物密度小、體積大有關。氧化后期隨著水化反應的完成，水蒸氣對SiC的氧化占據主導，氧化產物SiO2有119%的體積膨脹，對應250h的體積迅速增加。
二：分析與討論
在不同氧化時間試樣的分析中。原樣中未發現和水泥有關的物相：而氧化50h后，出現新物相鈣長石，且方石英有少量增加。方石英和鈣長石的量似乎呈現出周期性變化規律。分散在玻璃相周圍的鈣長石，部分溶于玻璃中，導致鈣長石顆粒周圍的玻璃組成發生變化。Ca2+具有較高的場強，能夠導致玻璃分相，形成富Si4+和富Ca2+的硅酸鹽玻璃，為方石英從富硅想中析出創造了條件。隨氧化時間增加，SiO2含量增大，在CaO—AL2O3—SiO2系統析晶傾向減少，并且晶化時首先析出的是鈣長石。鈣長石的有限析晶也減弱了SiO2的方石英化。由于鈣長石的熱膨脹系數和SiC的相近，為4.82X10-6℃，緩解了因方石英熱膨脹系數（50X10-6℃-1）與SiC熱膨脹系數（4.5X10-6℃-1）差異巨大引發的結構應力。氧化200~300h后，剛玉的量開始下降，未見新的晶相析出，可能以玻璃相的形式存在于硅酸鹽網絡體重，調整了玻璃相的密度，緩解了體積膨脹。
氧化50h該階段的主要反應包括水泥的水化失去結合水合SiC在水蒸氣條件下的氧化。下圖中三角形殼狀物質是一顆水泥粒子，其內部柱狀產物的分析結果為：AL2O3約21.45%，SiO2約52.12%，CaO約26.43%。推測是在水泥位置生成的鈣長石。下圖b 示出了水泥水化排出結合水留下的氣孔，和氧化后氣孔率略有增加有關。圖C示出了水泥水化產物的微裂紋，可以緩解氧化產物SiO2析晶和體積膨脹引發的結構應力。圖d示出了SiC離子表面生成的富SiO2玻璃相，含少量AL2O3，有融合跡象，但不明顯。試樣300h后仍然存在一定量的剛玉相。這是因為AL2O3在基質中的分布位置和狀態影響了氧化產物玻璃相的成分，改變了其熔點和粘度，使其鋪展性欠佳，導致氧化產物對顆粒的保護作用受限。
圖2是氧化250h試樣的顯微結構照片。圖2a是SiC細粉被氧化形成的一簇一簇的SiO2，像是被氣體均勻的蝕刻了一樣，氧化膜不完整，呈孤島狀分布。圖2b是0.3mm的SiC粒子表面生成了約4μm的氧化層，對應體積膨脹最大可能與骨料發生氧化有直接關系。該階段水泥的水化已經完成，結合水排出對水蒸氣滲入的阻力消失，主要反應為SiC的氧化。反應速度可能處于化學反應控制階段。
圖3是氧化300h試樣的顯微結構照片。圖3a是SiO2玻璃相析晶形成的魚鱗狀方石英。圖3b是SiC細粉表面氧化生成的小粒狀方石英。細粉之間沒有燒結，界面結合較弱，呈松散堆積狀態，有利于應力的緩沖和釋放。該階段反應速率可能處于擴散控制階段。前期滲入的水蒸氣發生還原反應。排出氫氣兩種氣體的逆向流動逐漸達到動力學平衡，界面處水蒸氣濃度降低，SiC氧化減弱，主要反應為玻璃態SiO2析晶。
三：結論
（1）氧化產物SiO2是導致碳化硅澆注料體積膨脹的主要原因。
（2）氧化產物鈣長石的熱膨脹系數低且和碳化硅的熱膨脹系數匹配度較好，改善了材料內部的結構應力分布。
（3）碳化硅澆注料未經燒結且孔徑分布呈現微孔化特征，有效緩解了體積變化以及SiO2析晶誘發的相變應力，有利于材料的結構整體性。