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莫来石-碳化硅质耐火材料材料的研究现状

发布日期: 2019-08-29 10:34:31    阅读量(120)    作者:

莫来石是Al2O3-SiO2二元系中唯一稳定的化合物,并具有许多优良性能,比如:较高的熔点(>1800℃),低的热膨胀系数(4.5~5.6×10-6K-1),热震稳定性和抗蠕变性能好,抗化学侵蚀能力强。其二元相图如图1所示。

图1 Al2O3-SiO2二元相图

碳化硅具有硬度大、机械性能好、化学性质稳定和热膨胀系数低等优点,所以莫来石-碳化硅复合材料可能会创造许多优异性能。

1、力学性能

马小斌等以高铝矾土、烧结莫来石和碳化硅等为骨料,以莫来石细粉、α-Al2O3微粉、SiO2微粉等为基质,研究了基质细粉中加入α-Al2O3微粉和SiO2微粉的比例对浇注料性能的影响,结果表明:浇注料试样基质中α-Al2O3/SiO2=2.74时,最利于莫来石结合相的原位生成,试样的力学性能最好。刘龙等对比了M70、M60、M45三种不同莫来石对莫来石-碳化硅浇注料性能的影响,结果表明:M45试样烧结性能最好,但高温抗折强度最低;M60试样高温抗折强度最高,热震稳定性最好;M70试样耐磨性能和抗渣性能最好。

Ding等以SiC和α-Al2O3为原料,直接在空气中高温烧结,SiC表面被氧化成了SiO2,并利用其氧化膨胀补偿烧结过程中的收缩,反应活性相当高的SiO2与SiC反应生成莫来石结合相,通过这种方法制备出了莫来石结合碳化硅材料。Tian等采用渗透法制备了碳化硅材料,其基质中生成了莫来石,改善了试样的烧结性能,使得该材料具有非常好的力学性能。Skuratov等对莫来石-碳化硅浇注料的性能进行了研究,发现该材料在1570℃开始软化,在1710~1720℃变形量为4%。Li等采用溶胶-凝胶法制备出了莫来石涂层碳化硅材料,发现莫来石涂层具有较高的粘结性、紧密性和力学强度,能有效防止碳化硅的氧化。

2、热震稳定性能

材料经受温度的急剧变化而不被破坏的能力称为热震稳定性,也可称为抗热震性。对于材料热震稳定性的好坏,从理论上得到一些评定热震稳定性的因子。常用于表征材料抗热震性的参数如下:

李友胜等以烧结莫来石、碳化硅等为主要原料制备了莫来石-碳化硅浇注料,研究表明:当碳化硅加入量为5wt%~10wt%时,试样的热震稳定性能显著提高。刘龙等在莫来石-碳化硅浇注料中引入锆英石,试图通过锆英石的分解和ZrO2的相变提高试样的热震稳定性,但实验结果表明,锆英石含量的增加,试样的热震稳定性并没有改善。Aksel等研究了ZrO2对刚玉-莫来石耐火材料热震稳定性的影响,结果表明:ZrO2的加入提高了试样的断裂韧性和断裂能,从而提高了抗热震损伤因子,使得材料的热震稳定性能得到提高。

3、耐磨性能

耐火材料的耐磨性能一般是指当一定粒度的高速运动的磨损介质以一定速度和角度冲击材料表面时,材料不被损毁的性能。

彭西高等研究了冲击参数对耐火材料耐磨性的影响,发现冲击压力和磨损介质含量的增加都能使得试样的磨损量增加,可以通过提高耐火材料的强度和致密度来增强耐磨性能。徐国涛等对干熄焦炉用莫来石砖的磨损性能进行了分析,结果发现莫来石材料气孔多,致密度不高,试样在磨损过程中,磨损介质首先将材料表面的基质和细颗粒冲刷掉,然后将逐渐露出的大颗粒冲击脱落,可以通过优化基质组成,增加大颗粒含量和提高致密度等措施来提高耐火材料的耐磨性能。Lou等对比分析了刚玉材料与刚玉-莫来石材料的耐磨性能,研究发现刚玉材料的磨损形式主要是断裂磨损,而刚玉-莫来石材料的磨损形式同时存在断裂磨损和塑性磨损,耐磨性能明显高于刚玉材料。

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