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行業(yè)資訊

莫來石結(jié)合剛玉—碳化硅澆注料的組成與性能

剛玉和碳化硅因高溫性能優(yōu)異,而成為耐火澆注料的優(yōu)質(zhì)原料。但由于剛玉和碳化硅燒結(jié)性能差,采用普通結(jié)合劑會使產(chǎn)品的高溫性能降低。如采用鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑時,低溫結(jié)合強度較好,但中溫強度差,同時由于引入一定量的CaO,會形成降低澆注料使用性能的鈣長石或鈣鋁黃長石。因此,目前廠采用添加氧化硅微粉代替水泥作結(jié)合劑生產(chǎn)低水泥、超低水泥以至無水泥澆注料。本研究采用氧化硅微粉和氧化鋁微粉以及莫來石微粉作為結(jié)合基質(zhì),進行莫來石結(jié)合剛玉-碳化硅無水泥澆注料的組成與性能的研究,旨在改善澆注料的燒結(jié)性能,提高澆注料的高溫力學性能和熱震穩(wěn)定性。

試驗及結(jié)果

試驗用原料

試驗所用的合成莫來石、剛玉、氧化硅微粉和碳化硅的化學組成列于表1。

試驗方案

為了使剛玉—碳化硅質(zhì)澆注料具有良好的高溫力學性能、體積穩(wěn)定性和熱震穩(wěn)定性,組成和配比的設(shè)計從以下幾個方面加以考慮:

(1)合理的顆粒級配以獲得良好的作業(yè)性和高致密度:

(2)在基質(zhì)中反應(yīng)生成的新結(jié)合相為莫來石高溫相,提高澆注料的高溫強度。

(3)在加熱過程中逐漸形成良好的組織結(jié)構(gòu),體積穩(wěn)定性和較好的抗熱震穩(wěn)性。

Uf—SiO2和活性氧化鋁微粉合理配合使用,在基質(zhì)中能形成莫來石結(jié)合相。該結(jié)合相呈網(wǎng)狀分布,能夠改善澆注料的中高溫強度;|(zhì)中網(wǎng)狀莫來石結(jié)合相的形成能極大地提高試樣的熱態(tài)強度。一般檔氧化鋁微粉和氧化硅微粉的質(zhì)量比為2.55左右時,有利于形成莫來石。本實驗使用的氧化鋁微粉和氧化硅微粉之比接近上述比例,實際比例為2.33。

試驗中剛玉骨料為連續(xù)級配,碳化硅為<2mm的細骨料,粉料是由氧化鋁、莫來石、氧化硅微粉組成。氧化硅微粉為煙塵粉,粒度<1um,莫來石微粉<5um,氧化鋁為<44um和5um的粉料。在骨料中,碳化硅的加入量固定為10%,配料中骨料與粉料之比為65:35。而粉料中氧化鋁與氧化硅組成的混合料與合成莫來石料之比分別為25:15,20:15,15:10,20:25。其配比見表2。

表2 試驗中澆注料配料組成/%

討論

組成對性能和結(jié)構(gòu)的影響

剛玉—碳化硅質(zhì)澆注料的主要結(jié)構(gòu)強度取決于基質(zhì)的結(jié)合強度。因為以剛玉—碳化硅作為骨料的澆注料,其骨料顆粒之間很難燒結(jié)而結(jié)合在一起,因此,必須依靠基質(zhì)形成的結(jié)合相將其結(jié)合起來。根據(jù)上述實驗結(jié)果可知,隨著基質(zhì)中合成莫來石粉(SM)與混合粉(MP)之比的降低,也就是隨著混合粉比例的提高,物理性能有顯著的提高。這里混合粉由氧化鋁微粉和氧化硅微粉按Al2O3/SiO2為2.33組成的粉料,這類粉料在澆注料中加熱處理時可“就位”生成莫來石,在這里可稱為次生(二次)莫來石。上面試驗結(jié)果說明:次生莫來石對澆注料強度的貢獻大于原生(合成)莫來石。這是因為次生莫來石比原生莫來石更易于在基質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),更有助于提高結(jié)構(gòu)強度,尤其是高溫熱態(tài)強度。

結(jié)論

由預(yù)合成的莫來石粉料和Al2O3/SiO2為2.33的混合粉料組成基質(zhì)的剛玉—碳化硅澆注料,其物理性能和高溫力學性能是隨著基質(zhì)中次生莫來石生成量的增加而提高。說明次生莫來石對剛玉—碳化硅澆注料性能的改善的貢獻大于原生莫來石。

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