铝合金熔炼炉用铝硅质浇注料的侵蚀行为研究

采用坩埚法研究了铝合金液对4种铝硅质耐火浇注料的侵蚀行为,用XRD、SEM和能谱对侵蚀后的坩埚试样进行了物相和显微结构分析。结果表明:在本实验温度范围内,从气孔率判断,在1 200℃热处理后试样有一定程度的烧结,常温抗折和耐压强度均随处理温度的上升而增大;浇注料的抗铝液侵蚀性与其Al_2O_3含量和显气孔率密切相关,Al_2O_3含量越高、气孔率越低的试样抗渗透和抗侵蚀性能较好;铝合金液在850℃时与耐火材料中的Si O_2反应生成Al_2O_3和Si,伴随体积收缩,导致耐火材料开裂损毁;耐火材料反应层中颗粒和基质均被侵蚀,侵蚀后气孔被填充变得更加致密,在间歇式工况条件下容易产生结构剥落。同时,侵蚀过程中,铝合金液中的Zn蒸汽逸出,在过渡层富集。     

结合剂对刚玉-尖晶石质中间包挡渣墙性能的影响

以特级矾土、棕刚玉、电熔白刚玉、镁铝尖晶石、SiO_2微粉、α-Al_2O_3微粉为主要原料,添加分散剂和钢纤维等外加剂,制备了刚玉-尖晶石质中间包挡渣墙试样。研究了结合剂ρ-Al_2O_3和ρ-Al_2O_3-铝酸钙水泥对刚玉尖晶石质挡渣墙性能的影响。结果表明:在以ρ-Al_2O_3结合的挡渣墙中,当ρ-Al_2O_3加入量为3%时各项性能较为优异,试样的物相主要是刚玉相、镁铝尖晶石相以及微量的钙黄长石相;在以ρ-Al_2O_3-铝酸钙水泥复合结合的挡渣墙浇注料中,随着水泥引入量增加,试样各项常规性能变好。通过XRD物相分析,水泥加入量达到1.5%以后逐渐出现了CA6高温相,提高了其高温性能,同时,水泥的引入并没有增加钙铝黄长石相;对两种结合体系抗渣侵蚀表现较好的试样进行SEM分析其侵蚀机理,水泥加入量为1.5%时抗渣侵蚀和渗透性能最佳。     

溶胶结合刚玉质耐火浇注料的研究

研究了氧化铝-硅溶胶基质料浆的流变性能,研究结果表明,Al_2O_3微粉种类影响料浆稳定性.在碱性条件下,料浆的ξ电位变大,稳定性增强.加入合适的分散剂能显著降低料浆的粘度.在以上研究基础上,以矾土电熔刚玉为骨料、白刚玉和活性氧化铝为细粉,制备了硅溶胶结合刚玉质耐火浇注料.硅溶胶结合刚玉浇注料具有良好的流动性和常温强度,其高温热态抗折强度高于水泥结合刚玉浇注料.     

纳米SiC对Al_2O_3-SiC-C质浇注料性能的影响

以ω(Al_2O_3)＞99.1%的电熔致密刚玉,粒度＜0.074 mm、ω(SiC)＞97%的碳化硅等为主要原料,SiO_2微粉、沥青和Alphabond为添加物,研究了纳米SiC加入量(质量分数,下同)分别为0, 0.5%, 1%, 1.5%和2%时对Alpha-bond结合的Al_2O_3-SiC-C质浇注料的流动值、常规物理性能、高温抗折强度和抗渣性的影响.采用XRD衍射仪和SEM对实验后的试样进行了物相和显微结构分析.结果表明:采用细粉预混法引入纳米SiC,使Al_2O_3-SiC-C质浇注料更为致密;在保持浇注料流动性相当的条件下,纳米SiC加入量增加到2%,浇注料加水量从3.83%增加到4.67%,增幅为22%,说明纳米SiC的引入对浇注料的流动性影响较大;纳米SiC的加入,对浇注料的常温抗折强度和耐压强度影响不大,高温抗折强度在纳米SiC加入量为0.5%时最高,提高幅度为4%;物相分析表明,添加1.0%纳米SiC后的试样中生成的莫来石比不加纳米SiC试样中生成的少,刚玉的量跟不加纳米SiC试样中的相当,SiC的量比不加纳米SiC试样中剩余的多;静态坩埚抗渣实验表明,含纳米SiC的浇注料,在加入1.0%纳米Al_2O_3时,抗渣渗透性得到显著改善,而抗渣侵蚀性变化不明显.     

Al_2O_3微粉添加量对镁合金微弧氧化膜特性影响

为了研究添加Al_2O_3微粉对AZ31A镁合金微弧氧化膜特性影响,在不同浓度Al_2O_3微粉氧化液中对其进行了微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)观察了微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析了膜层表面Ca、Mg、O、Al元素分布,X射线衍射仪(XRD)分析了相组成,测定了膜厚、硬度和氧化液中Al_2O_3表面电荷,讨论了改性机理。结果表明,加入Al_2O_3微粉后,氧化电压随Al_2O_3添加量增加先增加后降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,膜层表面Ca元素分布逐渐减少,成膜效率降低,膜层致密度和表面疏松层硬度提高,氧化膜主要由MgO和MgO_4等相组成。     

Y_2O_3对红柱石增强莫来石陶瓷性能影响

为制备高致密的红柱石增强莫来石陶瓷,本工作以天然红柱石和活性氧化铝为原料,利用细磨、等静压、引入Y_2O_3添加剂工艺,通过固相反应烧结制备红柱石增强莫来石质陶瓷匣钵。研究了在不同成型方式条件下,Y3+掺杂对反应烧结制备红柱石增强莫来石质陶瓷的烧结性能和热震稳定性的影响,同时借助XRD、SEM及相关软件对其烧后试样的矿物相组成、晶胞常数和显微结构进行分析和计算。结果表明:通过掺杂一定量Y3+,利用等静压成型,经1500℃保温2 h烧成,可以制备出具有高致密度的红柱石增强莫来石质陶瓷。随着Y_2O_3加入量增加,红柱石增强莫来石陶瓷烧结性能明显改善,热震稳定性稍有降低,而当Y_2O_3加入量大于6%,部分Y_2O_3与组成中SiO_2形成第二相Y_2Si_2O_4,在一定程度上又改善了莫来石陶瓷的热震稳定性。当Y_2O_3加入量大于4%时,等静压成型和干压成型莫来石陶瓷烧后试样相对密度大于95%。Y_2O_3加入量大于6%时,莫来石固溶体类型由Al4.52Si1.48O9.74转变为Al2.3Si7.04O4.85。     

以Al_2O_3—Y_2O_3为助熔剂无压低温烧结β—SiC陶瓷

1850℃-1900℃下,加入Y_2O_3和Al_2O_3,通过无压烧结,获得的βSiC瓷体密度达95%TD(Theoretical Density)。Al_2O_3-Y_2O_a-SiO_2三元系在1760℃下出现液相,润湿SiC颗粒,从而促成致密化。加入6vol%(Al_2O_3+Y_2O_3)的瓷体具有细粒度(平均粒度约1.5μm),无α相变、高硬度(平均硬度25MPa)等特性。液相烧结对β-SiC致密化及其显微结构都有所改善。     

高温烧结非稳态含钠铝酸钙矿相转变机理

在CaO、Al_2O_3摩尔比为1.0、Na_2O质量分数为12%和烧结温度为800～1350℃的条件下,研究Na_2O-CaO-Al_2O_3物料的物相转变、晶体稳定性、微观形貌及其与Na_2CO_3溶液的反应活性。结果表明:Na_2O掺杂将促进12CaO·7Al_2O_3向2Na_2O·3CaO·5Al_2O_3的转化;Na~+取代优先生成的12CaO·7Al_2O_3结构中Ca~(2+)位置进一步转化成2Na_2O·3CaO·5Al_2O_3;升高烧结温度有利于12CaO·7Al_2O_3向2Na_2O·3CaO·5Al_2O_3的转化速率,同时也会增大Na_2O的烧损,从而降低2Na_2O·3CaO·5Al_2O_3的生成量;烧结温度为1350℃、时间为2.0 h时,Na_2O-Ca O-Al_2O_3物料的物相组成为12CaO·7Al_2O_3和2Na_2O·3CaO·5Al_2O_3,Al_2O_3的溶出性能良好,约为98%。     

长寿命中频炉保温炉盖的研制

以高铝矾土、莫来石、红柱石、SiO_2微粉、α-Al_2O_3微粉、铝酸钙水泥为主要原料,开发了矾土质浇注料和红柱石质浇注料。对试样分别进行110℃×24h和1 550℃×3h的热处理并检测其永久线变化率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度、热膨胀系数和热震稳定性。结果表明,与矾土质浇注料相比,红柱石质浇注料具有较低的常温抗折强度和高温抗折强度,较小的热膨胀系数和较好的抗热震性。红柱石质浇注料在中频炉炉盖中使用取得了满意效果。     

Si_3N_4-SiC复相耐磨材料的冲蚀磨损性能

以Si粉和SiC为原料,采用半干法冷等静压成型,通过反应烧结成功制备了Si_3N_4-SiC复相耐磨材料.并将其和95Al_2O_3耐磨陶瓷在以水和SiC混合颗粒为冲蚀介质实验条件下,进行液固两相流冲蚀磨损对比实验.结果表明:原料中Si粉加入量为40%～80%(质量分数)试样的耐冲蚀磨损性能优于95Al_2O_3耐磨陶瓷.原料中Si粉加入量为70%试样的耐固液两相流冲蚀磨损性能最好,在平均线速度分别为132和67 m/min的实验条件下的冲蚀率分别仅为0.87%和0.30%.此外,通过SEM观察了冲蚀后试样的显微形貌,探讨了其耐液固两相流冲蚀磨损的机理.     

红柱石对熔铜炉炉衬耐火材料的性能影响

以特级矾土熟料、红柱石、棕刚玉、活性α-Al2O3微粉、Si O2微粉为原料,硼酸为助熔剂,糊精为黏合剂,研究分别加入不同含量(8%、16%、25%、33%、46%、51%)的红柱石颗粒对化铜感应炉炉衬耐火材料性能的影响。利用X射线衍射(XRD)检测加入红柱石前后试样的物相组成变化,扫描电子显微镜(SEM)观察和分析试样烧成后的晶体形貌。结果表明,加入红柱石在高温下所形成的莫来石网状结构及Si O2液相对试样孔隙的填充,可明显提高其抗侵蚀性和力学性能。     

外加FeSi75对Sialon-Si_3N_4-SiC耐液固两相流冲蚀磨损的影响

以工业级Si_3N_4粉、FeSi75合金粉、Al_2O_3微粉、SiC颗粒等为原料,在最终温度1450 ℃下保温3 h,氮化反应烧成制备了Sialon-Si_3N_4-SiC复相耐磨材料.采用XRD、SEM等方法分析研究了外加FeSi75合金粉在0%～20%(质量分数, 下同)范围内的不同加入量对制得的复相耐磨材料性能和液固两相流冲蚀磨损的影响.结果表明:当外加FeSi75合金粉达到20%时,试样的体积密度为2.54 g/cm~3,抗弯强度达到71.38 MPa.随着FeSi75合金粉的增加,其耐液固两相流冲蚀磨损性能得到改善,加入20%FeSi75合金粉的试样,在相同实验条件下具有比95 Al_2O_3瓷更优的耐液固两相流冲蚀磨损的性能.     

添加氧化铝纤维对铸造空心涡轮叶片用陶瓷模具的作用

为满足空心涡轮机叶片铸造过程中对Al_2O_3基陶瓷模具强度要求,在注凝成形使用的浆料中添加Al_2O_3纤维。通过扫描电镜和X-ray微米图像系统观察了Al_2O_3陶瓷基体的纤维微观形貌和断裂形貌,以及陶瓷模具的内部结构,并测量了不同温度时的弯曲强度。结果表明:添加Al_2O_3纤维可以显著提高陶瓷模具在1 250℃预先烧结后的室温弯曲强度。中温(400~600℃)弯曲强度大约在0.5~2.0 MPa。在1 300℃,高温弯曲强度随Al_2O_3纤维含量增加逐渐降低。1 250℃预先烧结后随着Al_2O_3含量增加,试样逐渐从膨胀变为收缩但试样的收缩接近于0。1 550℃最终烧结后试样的收缩约为1.49%~3.15%。在Al_2O_3基陶瓷模具中添加Al_2O_3纤维后弯曲性能和收缩情况得到显著改善,能够用于精密真空涡轮机铸造生产。     

一种镁砂粉与刚玉粉复合烧结铸型涂料的研制

采用镁砂粉和刚玉粉作为耐火骨料制备了一种烧结型铸型涂料,实验研究了两种骨料的适宜配比,分析了骨料组元比例对烧结过程的影响;优化设计了一种以镁砂粉和刚玉粉为复合耐火骨料的铸型涂料配比,检测了涂料的性能。结果表明:复合骨料烧结后的涂层产生了镁铝尖晶石(Mg Al_2O_4),当镁砂粉和刚玉粉混合质量为7∶3时,涂层中的Al_2O_3全部参与烧结反应;硅溶胶(SiO_2·n H_2O)的加入可以改善涂层的高温强度,防止出现暴热裂纹;优化后的涂料具有较好的综合性能,能有效地防止不锈钢铸件表面出现粘砂现象。     

感应炉等静压成型碱性炉衬耐火材料的研究

介绍了感应熔炼电炉成型炉衬的国内外概况和对耐火材料的质量要求,研究了镁砂质碱性炉衬耐火材料的骨料粒度分布、骨料与细粉(基质)、氧化铝微粉、结合剂、缓凝剂、加水量以及烧结剂对耐火材料体积密度、强度及烧结点等性能的影响.结果表明:骨料粒度呈正态分布,骨料与细粉(基质)的比例为70:30,结合剂1加入量为3%,结合剂2加入量不超过2%,A12O3微粉加入量为4%,加水量宜取7%～8%时,成型炉衬材料的致密度和强度最高;添加0.2%的缓凝剂1可将镁砂质炉衬材料的可成型时间延长3倍以上,并使试样的后期强度大幅提高;本研究采用的缓凝剂同时具有烧结剂作用,烧结剂1和烧结剂2均可降低镁砂质炉衬材料的烧结点,但烧结剂2的效果更显著.     

Al_2O_3颗粒对LiTaO_3压电陶瓷增强增韧机制的探讨

采用氮气保护热压烧结工艺制备Al_2O_3/LiTaO_3(简称ALT)陶瓷基复合材料,研究了Al_2O_3颗粒对LiTaO_3压电陶瓷增强增韧的机制.结果表明,ALT陶瓷复合材料的相对密度比烧结纯LiTaO_3陶瓷的高得多,且其各项力学性能均有明显的提高;Al_2O_3的加入起到烧结助剂的作用;Al_2O_3第二相加入后对LiTaO_3压电陶瓷起到弥散强化作用,其增韧机理为ALT复合材料中残余应力场和裂纹偏转增韧.     

液相烧结TiC-Al_2O_3颗粒共增强铁基复合材料的制备

通过高能球磨法和液相烧结法结合制备TiC-Al_2O_3颗粒共增强铁基复合材料,改善Al_2O_3在铁基体中润湿性差的问题,最大限度地发挥TiC和Al_2O_3的优越性能。结果表明,采用高能球磨法对粉末进行30 min球磨后,粉末的颗粒粒径明显变小。1 250℃下对混合粉末进行烧结后,烧结相主要由TiC、Al_2O_3和TiO_2三种物相组成。其中Al_2O_3和TiO_2熔融在一起,形成烧结相的主要部分,而TiC则以颗粒的形式镶嵌在基体上。     

高温熔铀环境下添加MgAl_2O_4的Mg-Y共稳ZrO_2基复相陶瓷耐腐蚀性研究

拟开发能取代核工业中常用石墨坩埚的氧化锆陶瓷容器,并对其高温铀蒸汽环境下的耐腐蚀性能进行研究。以超细氧化锆粉体为原料,Y2O3、Mg O作为稳定剂,同时加入一定量的Mg Al_2O_4,当Mg Al_2O_4添加量小于7 wt%时,在1700℃烧结可获得相对密度大于90%的氧化锆基复相陶瓷。所制备陶瓷试样在高温真空炉中与铀蒸汽进行了长达12 h的腐蚀试验,腐蚀后试样表面无明显裂纹,且表面腐蚀速率随时间的延长呈明显下降的趋势,从2 h的30 mg·cm-2·h-1降至12 h时的3 mg·cm-2·h-1。对腐蚀后试样表面进行SEM形貌观察,XRD和EDS分析,发现试样表面形成了一层含铝锆合金的类涂层状物质,阻断了铀蒸汽对试样的进一步腐蚀。实验结果表明特定组成的添加一定量Mg Al_2O_4的Mg-Y共稳氧化锆基复相陶瓷具有优良的抗热震性能,且能长时间耐高温铀蒸汽腐蚀,在核工业领域具有广泛的应用前景。     

有色金属涂层的CBN砂轮陶瓷结合剂研究

本文对不同Al_2O_3和B_2O_3含量的CBN砂轮陶瓷结合剂进行了研究。结果表明引入含B_2O_3玻璃相可使在有活性的液体中对不溶颗粒局部进行溶解,提高烧结体的抗折强度;采用微粉原料烧结后,增加颗粒表面积,提高了局部溶解速度,使玻璃相中有更多的Al(+3)和B~(+3)组成的四面体,提高抗折强度;引入含Ti涂层的CBN颗粒,可改善CBN表面与含B_2O_3玻璃相之间的润湿性,提高对CBN磨粒的把持力。     

LaB_6和La_2O_3添加剂对ZrB_2-SiC超高温陶瓷结构与性能的影响

采用SPS工艺制备添加La_2O_3或LaB_6的ZrB_2-SiC陶瓷,测量试样的密度和力学性能,利用扫描电镜和透射电镜观察试样的微观形貌,研究添加镧的不同化合物对ZrB_2-SiC陶瓷显微结构和力学性能的影响,分析添加量对材料力学性能的影响.同时对ZrB_2-SiC-La_2O_3和ZrB_2-SiC-LaB_6陶瓷进行热处理,考察热处理对其力学性能的影响.结果表明,加入2.5%或5%(质量分数, 下同)的La_2O_3或LaB_6添加剂后,材料的室温强度、高温强度、断裂韧性都比无添加剂时要高;当含量相同时,加入LaB_6比La_2O_3更有利于提高陶瓷材料的室温强度;当添加剂的含量为2.5%时,材料的室温强度比较好,当添加剂的含量为5%时,材料的高温强度和断裂韧性比较高.热处理可以提高ZrB_2-SiC-La_2O_3和ZrB_2-SiC-LaB_6陶瓷材料的高温强度.