硅粉氮化、碳化原位形成非氧化物對剛玉澆注料的改性研究.pdf

1、氧化物-非氧化物復(fù)合是耐火材料實現(xiàn)高性能的重要途徑。但在澆注料中利用原位反應(yīng)形成非氧化物結(jié)合方面的研究報道甚少。針對高爐風(fēng)口用耐火材料的高性能化和采用澆注料預(yù)制件的需求，本工作嘗試在剛玉基澆注料中添加 Si粉，通過氮化、碳化形成原位非氧化物結(jié)合相而改善性能。本工作由三部分構(gòu)成。首先研究了硅粉加入量對超低水泥剛玉澆注料氮化后性能的影響；其次研究了埋炭碳化對加入硅粉的剛玉澆注料性能的影響；最后研究了結(jié)合體系對加入一定量硅粉的剛玉澆注料氮化后

2、性能的影響。
　　分別以亞白剛玉和板狀剛玉為骨料，板狀剛玉細粉、SiC細粉、Si粉、純鋁酸鈣水泥、α-Al2O3微粉和 SiO2微粉為基質(zhì)，制備了剛玉基超低水泥澆注料。研究了Si粉加入量分別為0％、4%、6%、8%和10%時對分別氮化、碳化后材料物理性能、常溫強度、熱態(tài)抗折強度、熱震穩(wěn)定性、耐磨性、抗堿侵蝕性和顯微結(jié)構(gòu)的影響。對加入10%Si粉的澆注料，研究了結(jié)合系統(tǒng)中水泥加入量的變化對氮化后試樣性能、相組成和顯微結(jié)構(gòu)的影響。

3、r>　　引入硅粉的剛玉澆注料經(jīng)氮化、碳化后，原位形成了β-Sialon，O’-Sialon和SiC非氧化物結(jié)合相，顯著改善了材料的高溫性能。氮化后，試樣1200℃的熱態(tài)抗折強度由不含Si粉時的10.5MPa提高到加10% Si粉時的32.0MPa，1400℃的熱態(tài)抗折強度則由不含 Si粉時的0.4MPa提高到5.7MPa。熱震后殘余抗折強度保持率由不含 Si粉時的46.7%提高到102.6%。碳化后，1400℃熱態(tài)抗折強度由不含Si粉時

4、的1.6MPa提高到加10% Si粉時的8.3MPa。熱震后殘余抗折強度保持率由S0的64.9%提高到S10的137.9%左右。原位形成的非氧化物在剛玉顆粒間形成穿插交錯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可顯著提高材料的熱態(tài)強度和熱震穩(wěn)定性。同時，在剛玉骨料的邊緣也生成了非氧化物相，強化了基質(zhì)和骨料的結(jié)合，從而有利于熱態(tài)強度的提高。含水泥的結(jié)合體系會形成玻璃相及鈣長石相，雖有利于常溫強度的提高，但在高溫下易軟化，對熱態(tài)強度不利。用水合氧化鋁替代鋁酸鈣水泥，可