Al-Si系金属粉与含硼添加剂对AlO-SiC-C材料性能的影响

摘要

本工作以金属粉(金属Al粉、结晶Si粉、Al-Si合金粉)与含硼添加剂(B4C、硼玻璃)作为复合添加剂,主要研究复合添加剂了对Al<,2>O<,3>-SiC-C质材料的物理性能、抗氧化性能及抗渣性能的影响,研究结果表明:1.氧化气氛下金属粉+B<,4>C+硼玻璃作为添加剂可以显著改善材料中高温的抗氧化性能并可以显著提高Al<,2>O<,3>-SiC-C质材料在600-1000℃之间的强度和致密度,并在800℃抗折强度达到最高.2.氧化气氛下,600℃热处理后由于含硼添加剂生成少量低熔点B<,2>O<,3>,保护碳的网络结构提高了材料强度;B<,2>O<,3>在800℃大量生成且流动性好并与结合碳及石墨之间形成B-O-C键,显著提高材料的强度;1000℃热处理后由于B<,2>O<,3>挥发性增强以及形成流动性差的硼硅酸盐玻璃导致材料强度相对于800℃有所下降;1500℃热处理后由于B2O3的大量挥发,含硼添加剂对材料强度作用不大.还原气氛下含硼添加剂对材料的作用不明显.3.氧化气氛下金属Al粉在600℃就可起到防止碳氧化的作用,保护碳结构进而提高材料的强度;在中高温阶段由于Al<,4>C<,3>、AlN以及AlON的生成,材料的强度随着金属Al粉含量的增加而提高;还原气氛下,金属Al粉起作用的温度高于600℃,并在中高温阶段由于Al<,4>C<,3>、AlN的形成使材料强度有明显的改善并且随着Al含量的增加而提高.4.氧化气氛下中低温阶段结晶Si的加入一方面可以先于碳氧化保护碳结构,另一方面氧化生成的SiO<,2>与B<,2>O<,3>生成硼硅酸盐玻璃.高温时则材料中生成针状氧化铝及β-SiC提高了材料强度.还原气氛下Si的作用温度高于1000℃.5.金属Al粉、结晶Si粉复合添加以及Al-Si合金均降低了Al<,4>C<,3>、β-SiC的生成温度,显著提高了材料800℃处理后的强度,并随着金属粉含量的增加而提高.在1000℃随着金属粉含量的增加材料的抗折强度下降并当含量>2%时变化不大,这主要与其中的Si粉含量的增加生成SiO<,2>造成液相粘度下降有关.1500℃Al<,4>C<,3>、β-SiC、AlN及AlON的形成对材料强度有提高的作用并随着金属粉含量的增加材料强度提高.6.金属粉的加入使得材料在1500℃有较大的体积膨胀,加入铝硅合金粉的试样膨胀最大,但当金属粉含量>2%时由于残余金属的存在,材料的膨胀降低.7.采用结晶Si粉+B<,4>C+硼玻璃作为添加剂由于含硼添加剂对刚玉颗粒的侵蚀造成材料的抗渣性能的严重下降,而含有金属Al的试样可以抑制刚玉颗粒的侵蚀,使材料具有良好的抗渣性.8.含硼添加剂容易加剧Mg的渗透,另外在研究中还发现AlON比SiC更容易氧化.

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章文献综述

1.1高炉出铁沟

1.1.1出铁沟在炼铁生产中的作用

1.1.2炼铁工业对铁水沟用耐火材料的要求

1.2出铁沟用耐火材料的发展及研究概况

1.2.1出铁沟用耐火材料的发展历史

1.1.2世界各国铁水沟用耐火材料的材质现状：

1.3高炉出铁沟耐火材料各主要成分及作用机理

1.3.1各主要成分作用机理

1.3.2各主要组份的加入量和引入形式

1.4结合剂的选择及作用机理

1.4.1沥青

1.4.2酚醛树脂

1.4.3复合添加剂

1.5添加剂在含碳耐火材料中的应用

1.5.1碳复合耐火材料常用添加剂

1.5.2抗氧化剂的复合添加

1.6本工作的研究内容及预期研究目标

第二章试验设计

2.1实验原料

2.2实验配比

2.2.1基本配比

2.2.2金属Al粉，结晶Si粉对Al2O3-SiC-C质材料性能的影响

2.2.3Al-Si复合粉及Al-Si合金对Al2O3-SiC-C质材料性能的影响

2.2.4含硼添加剂对Al2O3-SiC-C质材料性能的影响

2.3试样的混合成型及热处理

2.4试样的理化性能检测

2.4.1常温物理性能检测

2.4.2试样的抗氧化性能

2.4.2试样的抗渣侵蚀性能

第三章金属Al粉与含硼添加剂对材料性能的影响

3.1氧化气氛下金属Al粉的加入量对材料性能的影响

3.1.1材料的强度

3.1.2材料的显气孔率和体积密度

3.1.3材料的线变化率

3.1.4材料的抗氧化性能

3.2还原气氛下金属Al粉的加入量对材料性能的影响

3.2.1材料的强度

3.2.2材料的显气孔率和体积密度

3.2.2材料的线变化率

3.3 小结

第四章结晶Si粉与含硼添加剂对材料性能的影响

4.1氧化气氛下结晶Si粉的加入量对材料性能的影响

4.1.1材料的强度

4.1.2材料的显气孔率和体积密度

4.1.3材料的线变化率

4.1.4材料的抗氧化性能

4.2还原气氛下结晶Si粉的加入量对材料性能的影响

4.2.1材料的强度

4.2.2材料的显气孔率和体积密度

4.2.3材料的线变化率

4.3本章小结

第五章复合金属粉与含硼添加剂复合添加对材料性能的影响

5.1氧化气氛下复合金属粉的加入量对材料性能的影响

5.1.1材料的强度

5.1.2材料的显气孔率和体积密度

5.1.3材料的线变化率

5.1.4材料的抗氧化性能

5.2还原气氛下复合金属粉对材料性能的影响

5.2.1材料的强度

5.2.2材料的显气孔率和体积密度

5.2.3材料的线变化率

5.3本章小结

第六章Al-Si合金粉与含硼添加剂复合添加对材料性能的影响

6.1氧化气氛下Al-Si合金粉的加入量对材料性能的影响

6.1.1材料的强度

6.1.2材料的显气孔率和体积密度

6.1.3材料的线变化率

6.1.4材料的抗氧化性能

6.2还原气氛下Al-Si合金粉对材料性能的影响

6.2.1材料的强度

6.2.2试样的显气孔率和体积密度

6.2.3材料的线变化率

6.3本章小结

第七章含硼添加剂对对材料性能的影响

7.1材料的强度

7.2材料的显气孔率和体积密度

7.3材料的线变化率

7.4材料的抗氧化性能

7.5本章小结

第八章添加剂对材料抗渣性能的影响

8.1原料及配方

8.2成型及热处理：

8.3结果与讨论

8.3.1还原气氛下各试样的抗渣性能

7.3.2氧化气氛下各试样的抗渣性能

8.4本章小结

第九章结论

参考文献

致谢