锆莫来石陶瓷材料性能的研究

摘要

莫来石材料由莫来石多晶组成，是Al2O3-SiO2系中唯一稳定的高温化合物。莫来石陶瓷具有很多优良的特性:如抗热震性良好，剪切模量高，耐火度高，抗蠕变性能良好，热膨胀低，硬度大，抗化学腐蚀性能良好。莫来石陶瓷可作为耐火材料运用到许多工业领域，如冶金、国防、化学、玻璃等领域。钢铁工业中需要大量的耐火材料，实际中窖炉的内衬材料大多采用莫来石基耐火砖。例如，熔炉（窑）、连续浇铸炉、炽热铁浇槽以及鼓风炉上部分内衬的主要组成部分。水泥工业中，莫来石耐火砖是高温区内衬的重要组成，例如回转窑的锻烧和冷却区内衬。在这些应用区域都要求材料在烧结中具有低蠕变、好的耐热性以及优良的抗腐蚀性及抗热震性。莫来石室温力学性能不佳，特别是韧性过低，使其现实中的应用受到很大限制，为改良这一弱点，材料工作者采用了多种方法对莫来石陶瓷进行增韧、补强，并已取得了较好的效果。其中原位烧结法制备含锆莫来石陶瓷以其工艺简单，生产成本低而受到人们广泛关注。ZrO2的加入提高了材料在开浇时经受钢液热冲击及浇注时抵抗渣液侵蚀作用的能力，可以使用于连铸用长水口，整体塞棒，侵入式水口等。利用ZrO2的相变增韧，可以使莫来石的常温性能显著改善。在本文中系统的研究了煅烧温度，氧化锆含量，添加剂种类三个方面对锆莫来石性能的影响。
　　 首先，研究了1500℃，1550℃，1600℃，1650℃四个烧结温度点，依样品测试结果，获得不同烧结温度对材料性能的影响。
　　 其次，以ZrSiO4的形式引入ZrO2，选取0，2％，6％，12％，18％，24％，30％，36.65％八个ZrO2质量分数添加点，获得ZrO2添加量不同时，材料体积密度、气孔率、吸水率、常温及热震抗折强度随锆含量不同的变化规律。
　　 最后，在材料中引入MgO、Y2O3、TiO2添加剂，采用正交实验，由极差分析获得添加剂影响的主次顺序，获得最优水平组合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锆莫来石陶瓷材料概述

1．2．1 耐火原料及耐火材料概述

1．2．2 耐火材料概述

1．3 锆莫来石陶瓷材料概述

1．3．1 莫来石陶瓷的基本特性及应用

1．3．2 氧化锆的相变增韧及增韧机理

1．3．3 锆莫来石的制备方法概述

1．4 陶瓷成型

1．4．1 陶瓷成型方法

1．4．2 陶瓷成型设备

1．5 正交实验设计

1．5．1 正交实验设计的概念及特点

1．5．2 正交表的性质

1．5．3 正交实验设计的基本程序

1．6 研究课题的意义和主要内容

1．6．1 课题研究的意义

1．6．2 课题研究的主要内容

第二章 原位反应烧结制备锆莫来石陶瓷

2．1 引言

2．2 实验过程

2．2．1 坯料的制备

2．2．2 实验原料与实验方案制定

2．3 样品的制备

2．4 锆莫来石陶瓷材料烧结性能测试

2．4．1 烧结性能测试

2．4．2 结果与讨论

2．5 锆莫来石陶瓷材料显微结构

2．5．1 实验仪器

2．5．2 样品的制备

2．5．3 显微结构表征

2．5．4 结果与讨论

2．6 锆莫来石陶瓷的烧成收缩

2．7 结论

第三章 锆莫来石陶瓷材料常温抗折性能

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 样品的制备

3．2．2 常温力学性能测试

3．3 结果与讨论

3．4 结论

第四章 锆莫来石陶瓷材料高温热震性能

4．1 引言

4．2 实验过程

4．2．1 样品的制备

4．2．2 热震性能

4．3 结果与讨论

4．4 结论

第五章 MgO-Y2O3-TiO2添加剂对锆莫来石材料性能的影响

5．1 引言

5．2 正交实验设计

5．3 实验过程

5．3．1 原料

5．3．2 样品的制备

5．4 添加剂对致密化的影响

5．4．1 致密化性能测试

5．4．2 结果与讨论

5．5 添加剂对热震性能、显微结构的影响

5．5．1 性能测试

5．5．2 结果与讨论

5．6 小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 展望

参考文献

致谢