添加剂对致密氧化铬材料烧结性能的影响

摘要

以氧化铬微粉为主要原料，采用聚乙烯醇（PVA）为结合剂，采用标准氮气控制气氛，氧分压分别控制在10-2 atm、10-4 atm、10-6 atm，选择1350℃、1400℃、1450℃保温3h烧成，系统研究了不同添加剂TiO2、Cr（OH）3溶胶、金属Cr和m-ZrO2对Cr2O3材料烧结性能的影响。试验结果表明： （1） TiO2通过Ti4+置换Cr3+，抑制了高挥发性铬离子的形成，产生了铬离子空位及引起晶格畸变，增大了Cr3+扩散速率，从而促进了Cr2O3材料烧结。1450℃×3h，氧分压为10-6atm或10-4atm烧成条件下，最初随着TiO2加入量的增加，烧后Cr2O3材料的体积密度迅速增加，显气孔率迅速降低。但随着TiO2加入量进一步增加达到一定量后，体积密度和显气孔率变化不明显。 （2）氢氧化铬胶体的加入促进了氧化铬材料的烧结。氢氧化铬胶体在烧成过程中分解生成的纳米Cr2O3具有大的比表面积，一定程度上增加了氧化铬颗粒间相互接触面积，促进颈部的形成和界面的移动，有利于扩散传质；纳米Cr2O3高的化学活性，也赋予Cr2O3以很大的烧结推动力。1350℃烧成的试样引入0.3％氢氧化铬胶体时，显气孔率从1.33％迅速下降到0.39％。但随着胶体加入量的增加，过多的胶体在试样中可能引起团聚，其烧结收缩与周围基体发生脱离，造成较大的孔洞，致使强度有所下降。 （3）0.5wt％的金属Cr即可明显降低试样内部氧分压，且由于此时氧化反应引起的膨胀小，Cr2O3材料在10-2atm和10-4atm的较高氧分压下即可实现致密化烧结。 Cr2O3材料中引入的金属Cr不宜过多，否则膨胀反应占据主导地位，试样的显气孔率增加，体积密度降低，且其中多为大气孔，高达25～30μn。 （4） m-ZrO2也可促进了Cr2O3材料的烧结（同时添加有3wt％ TiO2）。但当m-ZrO2加入量超过2wt％时，促进烧结作用已不明显。 m-ZrO2通过相变微裂纹机制显著改善Cr2O3材料的抗热震性。1150℃～室温风冷条件下的热震次数由未添加m-ZrO2时的11次提高到添加3wt％ m-ZrO2时的34次。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1 Cr2O3材料的性能

1.2 Cr2O3材料的应用现状

1.2.1无碱玻璃纤维工业现状

1.2.2 Cr2O3材料在无碱玻纤池窑上的应用现状

1.2.3 Cr2O3材料在钠钙硅玻璃熔窑上的应用现状

1.3 Cr2O3材料的研究状况

1.3.1气氛对Cr2O3烧结的影响

1.3.2各种添加剂对Cr2O3烧结的影响

1.3.3温度对Cr2O3烧结的影响

1.3.4保温时间对Cr2O3烧结的影响

1.3.5原料粒度对Cr2O3烧结的影响

1.4氧化铬砖及其发展状况

1.5课题提出的目的、意义和研究内容

1.5.1目的和意义

1.5.2研究内容

第二章试验过程和内容

2.1试验用原料

2.2试验方案

2.2.1基本配方

2.2.2气氛条件

2.3试样制备

2.3.1.喷雾造粒

2.3.2成型

2.3.3烧成

2.4性能测试和结构分析

2.4.1显气孔率和体积密度

2.4.2线收缩率

2.4.3常温抗折强度

2.4.4抗热震性

2.4.5相分析

2.4.6显微结构分析

第三章TiO2对Cr2O3材料烧结性能的影响

3.1试验结果

3.1.1显气孔率、体积密度和线收缩率

3.1.2常温抗折强度

3.2分析讨论

3.2.1TiO2作用机理分析

3.2.2显微结构及相分析

3.3小结

第四章氢氧化铬胶体对Cr2O3材料烧结性能的影响

4.1结果与讨论

4.1.1氢氧化铬胶体对显气孔率的影响

4.1.3氢氧化铬胶体对显微结构的影响

4.2小结

第五章金属Cr对Cr2O3材料烧结性能的影响

5.1试验结果

5.2小结

第六章m-ZrO2对Cr2O3材料烧结和抗热震性的影响

6.1 m-ZrO2对CF2O3材料烧结的影响

6.1.1试验结果

6.1.2 m-ZrO2对Cr2O3材料烧结作用机理

6.2 m-ZrO2对Cr2O3材料抗热震性的影响

6.2.1试验结果

6.2.2 m-ZrO2改善Cr2O3材料抗热震性原因分析

6.3小结

第七章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢