熔融石英质多相复合耐火材料性能研究

摘要

我国是世界耐火材料的最大消费国，而优化耐火材料的性能一直是科研工作者的努力目标，并且受到我国的高度重视。因此，本课题创新性的以熔融石英、粘土、堇青石和硅线石为主要原料，制备多相复合耐火材料，测试样品的热膨胀系数、烧成收缩、吸水率、显气孔率和抗折强度的大小，借助了 XRD射线衍射和 SEM电镜扫描等测试方法观察样品的内部结构，探讨了不同颗粒级配、不同烧成温度、不同结合剂、不同粘土加入量、不同堇青石加入量和不同硅线石加入量对样品各项性能的影响。
　　通过对样品的热膨胀系数、抗折强度和其它各项性能测试分析，其结果表明：固定熔融石英的百分含量不变，随着细颗粒熔融石英比例增加，样品的热膨胀系数逐渐增大，抗折强度逐渐增大，前期探索实验主要考虑热膨胀系数，优化出的熔融石英颗粒级配为20~30目：30~60目：60~160目=13:9:7、12:9:8和21:16:21，烧成温度为1300℃、1340℃和1380℃，其热膨胀系数0.96~1.08×10-6℃-1，抗折强度8.01~9.96MPa；在替换不同的结合剂的试验中，得出最佳的结合剂为粘土，最佳熔融石英颗粒级配为20~30目：30~60目：60~160目=12:9:8；在不同的粘土加入量试验中，最佳粘土加入量为粘土：熔融石英=29:21，最佳烧成温度为1340℃，此时样品的热膨胀系数为1.01×10-6℃-1，抗折强度为8.86MPa；在外加堇青石的实验发现，外加堇青石能促进莫来石的生长发育，并且能明显的改善样品的抗折强度，经过分析得出最佳堇青石外加入量为30％，热膨胀系数为1.17×10-6℃-1，抗折强度为15.6MPa，相比没加堇青石的膨胀系数增大了15%，抗折强度增大了75%；在外加硅线石的实验中，在保证热膨胀系数增大不多，抗折强度减小很少的情况下，最佳硅线石的外加量为10%，烧成收缩减小了18.3%，结果表明硅线石的加入能明显的减小样品的收缩。
　　本课题对最佳粘土加入量和最佳堇青石外加量的样品做了抗热震性，最佳粘土加入量的样品三次热震后强度保持率为90.4%，热膨胀系数变化率为3.96%；而最佳堇青石外加量的样品三次热震后强度保持率为95.3%，膨胀系数的变化率为2.44%。对比数据说明，堇青石的加入能提高样品的抗热震性能。

目录

声明

1 前 言

2 文献综述

2. 1 主要原料的概述

2.1.1 粘土概述

2.1.2石英原料的概述

2.1.3 堇青石的概述

2.1.4 硅线石的概述

2. 2 耐火材料现状

2.2.1 耐火材料的定义

2.2.2 耐火材料的研究现状

2.2.3 熔融石英质耐火材料研究

2.2.4 耐火材料的性能要求

2.2.5 提高耐火材料抗热震性的途径

2. 3 课题的基本情况

2.3.1 课题的选题背景

2.3.2 课题的主要内容和研究意义

3 实验部分

3. 1 实验原料

3. 2 实验所用的仪器与设备

3. 3 实验的工艺流程

3.3.1 实验原料的预处理

3.3.2 实验的工艺流程

3.3.3 试样的烧成制度

3. 4 实验内容

3.4.1 探索不同的熔融石英颗粒级配在不同的烧成温度下对样品性能的影响

3.4.2 探索不同的结合剂对样品性能的影响

3.4.3 探索结合剂的加入量对样品性能的影响

3.4.4 探索外加不同量的堇青石对样品性能的影响

3.4.5 探索不同外加硅线石对样品性能的影响

3. 5 结构与性能表征

3.5.1 材料热膨胀系数的测定

3.5.2 材料抗折强度的测定

3.5.3 材料气孔率的测定

3.5.4 材料吸水率的测定

3.5.5 材料抗热震性的测定

3.5.6 材料 X射线衍射结构的测试

3.5.7 材料的扫描电子显微镜结构的测试

4 实验结果与分析

4. 1 探索不同的熔融石英颗粒级配在不同的烧成温度下对样品性能的影响

4.1.1 不同熔融石英颗粒级配对样品的热膨胀性能的影响

4.1.2 不同熔融石英颗粒级配对样品的烧结、力学性能的影响

4.1.3 小结

4.2 探索不同的结合剂对样品性能的影响

4.2.1 不同结合剂对样品的热膨胀性能的影响

4.2.2 不同结合剂对样品的烧结、力学性能的影响

4.2.3 小结

4. 3 探索结合剂的加入量对样品性能的影响

4.3.1 不同结合剂对样品的热膨胀性能的影响

4.3.2 不同结合剂对样品的烧结、力学性能的影响

4.3.3 样品中不同结合剂加入量的 XRD 分析

4.3.4 样品中不同结合剂加入量对样品形貌的影响

4.3.5 小结

4.4 NTL2 的热震性能分析

4.4.1 三次热冲击后对抗折强度和烧成收缩的影响

4.4.2 三次热冲击后对膨胀系数和膨胀系数变化率的影响

4.4.3 三次热冲击的物相分析

4.4.4 三次热冲击的显微结构分析

4.4.5 小结

4.5 探索外加不同量的堇青石对样品性能的影响

4.5.1 外加不同含量的堇青石对样品的烧结、力学性能的影响

4.5.2 外加不同含量的堇青石对样品的热膨胀的影响

4.5.3 外加不同含量的堇青石对样品的物相的影响

4.5.4 外加不同含量的堇青石对样品的显微结构的影响

4.5.5 小结

4.6 YJQS3的热震性能分析

4.6.1 三次热冲击后对抗折强度和强度保持率的影响

4.6.2 三次热冲击后对膨胀系数和膨胀系数变化率的影响

4.6.3 三次热冲击的物相分析

4.6.4 三次热冲击的显微结构分析

4.6.5 小结

4.7 探索外加不同量的硅线石对样品性能的影响

4.7.1 外加不同量的硅线石对样品的热膨胀性能的影响

4.7.2 外加不同量的硅线石对样品的烧结、力学性能的影响

4.7.3 外加不同量的硅线石对样品的 XRD 分析

4.7.4 外加不同量的硅线石对样品形貌的影响

4.7.5 小结

5 结 论

致谢

参考文献