熱膨脹失配耐火材料熱震機(jī)理研究.pdf

1、冶金工業(yè)的發(fā)展對(duì)耐火材料的使用提出了越來(lái)越苛刻的要求?？篃嵴鹦悦枋龅氖遣牧铣惺軠囟润E變而不致發(fā)生損毀的能力。近幾十年來(lái)，材料科學(xué)工作者不僅從實(shí)驗(yàn)以及技術(shù)研究方面對(duì)耐火材料的抗熱震性能進(jìn)行了研究，還從理論方面進(jìn)行了更為詳細(xì)的探索。通常情況下有多種增韌增強(qiáng)機(jī)制可以用來(lái)改善或提高耐火材料的性能，但由于抗熱震問(wèn)題的復(fù)雜性，對(duì)熱震損毀的物理本質(zhì)研究方面迄今仍未建立起較為完善的理論。本課題針對(duì)熱膨脹失配相界面的熱震穩(wěn)定機(jī)理展開(kāi)研究工作，以剛玉(A1

2、2O3)、莫來(lái)石(3A12O3·2SiO2)為主要原料，考察具有不同熱膨脹系數(shù)材料制備的復(fù)合耐火材料對(duì)熱震穩(wěn)定性的影響關(guān)系。本課題旨在揭示熱膨脹失配界面的熱震行為本質(zhì)，并分析熱震過(guò)程中相界面處的應(yīng)力行為，從而豐富耐火材料熱機(jī)械性質(zhì)的基本理論，為提高耐火材料抗熱震性能和延長(zhǎng)使用壽命提供理論支撐。
　　 剛玉和莫來(lái)石的熱膨脹系數(shù)不同。在冷卻過(guò)程中，由于兩種材料熱膨脹系數(shù)不匹配，材料界面處會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力，這將對(duì)耐火制品的抗熱震性能產(chǎn)生

3、重大影響。另外兩者的制備工藝對(duì)耐火制品的抗熱震性能影響也很大。本文制備了以莫來(lái)石為基質(zhì)相，剛玉為彌散相以及以剛玉為基質(zhì)相，莫來(lái)石為彌散相兩種剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。測(cè)定了兩種復(fù)相材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能，并研究分析其顯微結(jié)構(gòu)及局部應(yīng)力來(lái)綜合考慮熱膨脹失配對(duì)材料抗熱震性能的影響。
　　 研究結(jié)果表明，粉料含量、成型壓力、燒結(jié)溫度對(duì)剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料制備工藝有一定影響。合理的顆粒級(jí)配可以提高剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的密度，當(dāng)剛玉∶莫來(lái)石

4、=45∶55時(shí)，試樣體積密度最大為2.66g/cm3;成型壓力為160MPa時(shí)，既可以滿足實(shí)驗(yàn)要求，又可以保護(hù)設(shè)備;燒成溫度對(duì)剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的力學(xué)性能影響較大，鑒于實(shí)驗(yàn)室條件，燒成溫度選為1600℃。
　　 另外，本課題也研究了原料顆粒粒度、原料顆粒形狀、熱震次數(shù)及熱膨脹失配類型四個(gè)因素對(duì)耐火材料抗熱震性能的影響。當(dāng)彌散相熱膨脹系數(shù)小于基質(zhì)相時(shí)，冷卻過(guò)程導(dǎo)致相界面處產(chǎn)生壓應(yīng)力，并在基質(zhì)相產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的存在阻止了熱震過(guò)