Al2O3-3Al2O3·2SiO2-ZrO2耐火材料的相组成

Al2O3-SiO2-ZrO2系耐火材料应用范围广,特别被用作陶瓷辊,具有力学强度高、抗热震性能优良、耐碱类化合物侵蚀和高温蠕变率低的特性。Al2O3-SiO2-ZrO2系耐火材料性能很大程度上取决于其结晶相和玻璃相的总量和化学成分,采用定量XRPD和XRF研究了原料中Al2O3/SiO2比和氧化铝颗粒尺寸分布对结晶相和玻璃相的总量及其化学成分的影响。耐火材料由莫来石、刚玉、ZrO2的多晶体和总量各异的玻璃相组成。莫来石含量及其晶胞参数和成分随烧成温度改变,但主要受原料中Al2O3/SiO2比的影响。     

没食子酸正丙酯修饰颗粒法制备Al2O3多孔陶瓷

为了提高泡沫陶瓷浆料的稳定性,进而制备出高孔隙率的泡沫陶瓷,采用没食子酸正丙脂(PG)修饰α-Al2O3微粉颗粒,使其具有部分疏水性,采用发泡-冷冻干燥法制备了Al2O3多孔陶瓷材料,主要研究了PG加入量(w,0.1%~2.0%)、料浆固含量(w,49.0%~61.9%)和烧成温度(1 300~1 500℃)对Al2O3多孔陶瓷材料性能的影响。结果表明:以没食子酸正丙脂(PG)作修饰剂,对α-Al2O3微粉颗粒稳定气泡有良好的作用;当PG加入量为1.5%(w),固含量为58%(w),烧成温度为1 500℃时,制备的Al2O3多孔陶瓷材料的显气孔率为72%,体积密度为0.59 g·cm-3,耐压强度为12.5 MPa。     

Al2O3-MgAl2O4-SiC-C耐火浇注料中SiC氧化的动态评价

MgAl2O4可以加快Al2O3-MgAl2O4-SiC-C耐火浇注料中二氧化硅的氧化。采用FactStage誖软件进行了动态计算以便研究MgAl2O4对碳化硅氧化的作用。根据动态预测,在1500℃的还原气氛下,没有证据表明尖晶石会直接影响碳化硅的氧化。在Al2O3-SiC-C浇注料成分中碳化硅含量的增加与莫来石和碳的反应有关。另一方面,在Al2O3-MgAl2O4-SiC-C浇注料成分中产生的碳化硅与来自于耐火材料中的液相二氧化硅和碳的反应有关,较低的碳化硅含量是由于耐火材料的相转变所致。     

纳米添加剂对Al2O3-C材料性能的影响

Al2O3-C材料主要用于连铸三大件。随着纳米技术的发展,纳米粉生产成本降低,分散技术提高,纳米粉应用范围扩大。德国研究人员在降低Al2O3-C耐火材料中碳(石墨)含量的同时添加纳米粉,以期改善Al2O3-C耐火材料的抗热震性     

3YPSZ-Al2O3-Co3O4陶瓷力学性能的研究

为了提高3YPSZ陶瓷的强度和韧性,先研究了Al2O3的加入量对3YPSZ陶瓷力学性能的影响,结果表明,当Al2O3含量为25wt%时,3YPSZ陶瓷综合力学性能最佳,抗弯强度为582.4MPa,维氏硬度15.4GPa,断裂韧性为6.6MPa.m1/2。再将Al2O3的含量控制在25wt%,通过改变Co(NO3)2.6H2O添加剂的含量来研究3YPSZ-25wt%Al2O3陶瓷材料力学性能的变化,研究发现,当Co3O4的引入量为0.25wt%时,3YPSZ-25wt%Al2O3陶瓷材料综合力学性能最佳,抗弯强度为623.5MPa,维氏硬度为16.9GPa,断裂韧性为7.2MPa.m1/2。并利用XRD和SEM等表征方法分析了Co(NO3)2.6H2O添加剂对材料力学性能和显微组织结构的影响。     

Al_2O_3-Cr_2O_3砖显微结构对抗渣性能的影响

分别采用静态坩埚抗渣法和回转抗渣法,对w(Cr2O3)=10%的A和B两种Al2O3-Cr2O3砖进行了抗渣性能对比。结果发现:两种砖的化学组成、显气孔率、体积密度和抗热震性相近,B砖强度优于A砖的。但由于与B砖相比,A砖内部气孔尺寸更小,所用电熔白刚玉骨料形貌平滑,较为致密,粒度呈连续式分布,且A砖中Al2O3-Cr2O3固溶体发育较小,相互交错,形成了孔隙较小的空间网状结构,这种显微结构显著降低了熔渣对耐火材料的渗透和破坏,使A砖的抗渣性优于B砖的。因此,制备微气孔化结构的制品是提高Al2O3-Cr2O3材料抗渣性能的有效途径。     

环境气氛对煤灰在Al2O3-Cr2O3-ZrO2材料上结渣的影响

以白刚玉、℃-Al2O3粉、锆英石和氧化铬为主要原料,在200 MPa油压机上压制成50 mm×50 mm×5 mm的试样,在空气气氛中于1 500 ℃煅烧5 h,制得Al2O3-Cr2O3-ZrO2试样.将0.6 g变形温度约为1 120℃的云贵煤灰平铺在Al2O3-Cr2O3-ZrO2试样上,然后放入马弗炉中分别在空气和弱还原性气氛下于1 250℃煅烧5 h,随炉冷却后观察煤灰在Al2O3-Cr2O3-ZrO2试样上的结渣情况,并进行SEM及EDS分析.结果表明:在弱还原气氛条件下,煤灰在Al2O3-Cr2O3-ZrO2上的结渣非常致密;而在空气气氛条件下,煤灰与Al2O3-Cr2O3-ZrO2材料间的粘接比较疏松,两者间没有明显的相互渗透.     

Al2O3-SiC复相粉对Al2O3-SiC-C材料性能的影响

以电熔白刚玉(3～1、≤1、≤0.044 mm)、Al2O3-SiC复相粉(d50≤5μm)、α-Al2O3微粉(d50=1.2μm)、SiC粉(≤0.044 mm)、鳞片石墨(≤0.088 mm)、Si粉(d50=42.8μm)和B4C(d50≤10μm)为主要原料,热固酚醛树脂为结合剂,研究了分别用4%、8%、12%、16%质量分数的Al2O3-SiC复相粉等比例取代α-Al2O3微粉和SiC细粉对Al2O3-SiC-C试样在180℃固化后和1 000、1 500℃埋焦炭热处理后的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度、高温抗折强度(1 400℃)、抗热震性(1 100℃,水冷)以及抗氧化性(1 000、1 500℃)的影响。结果表明:随Al2O3-SiC复相粉加入量的增加,试样经180℃固化后常温性能下降,1 000℃热处理后常温性能变化不大,1 500℃热处理后除耐压强度显著提高外,其余各项常温性能变化不大;而高温抗折强度下降,抗热震性明显提高,试样经1 500℃氧化后的抗氧化性以加入4%质量分数复相粉的最佳。其原因可能是由于该复相粉的粒度更细,反应活性更高,其氧化层中更易生成莫来石,形成表面致密层从而有效地阻碍氧气向材料内部扩散。     

Al2O3-MgAl2O4-C耐火材料的尖晶石化与性能

研究了MgO和Al2O3的粒度对Al2O3-MgAl2O4-C耐火材料中的尖晶石形成及其伴随的重烧永久线变化和显微结构的影响,每次循环加热时,在1600℃保温2h的条件下进行。结果发现,尖晶石的形成率及其伴随的体积膨胀非常依赖反应物的活性和粒度。当反应物很细以及活性大时,有大量的尖晶石形成;反之,反应物较粗且活性低时,尖晶石形成及其伴随的膨胀可以忽略不计。具有中等活性的氧化镁和氧化铝可形成具有最佳永久线变化率的耐火材料,且永久线变化率随着加热次数的增加不断增大。SEM照片显示,在Al2O3-MgAl2O4-C耐火材料中,尖晶石相在氧化铝晶粒之间形成,EDX分析表明,形成的尖晶石相基本上为化学计量比组成。     

添加MgO对不同SiO2含量的ZrO2-Al2O3-SiO2陶瓷烧结的影响

以高纯石英砂、α-Al2O3、ZrO2为原料,MgO为添加剂(添加质量分数分别为0、1%、2%、3%),经研磨、造粒、成型,并在1 600℃烧结2 h后获得了SiO2含量(w)分别为4%、8%、12%的ZrO2-Al2O3-SiO2系陶瓷试样。采用XRD、SEM对试样进行物相和显微结构的分析。结果表明:1)所制备的ZrO2-Al2O3-SiO2陶瓷的主要物相是单斜氧化锆、莫来石和刚玉,随着SiO2含量(w)由4%增加到12%,SiO2与Al2O3反应生成的莫来石量增加,体积膨胀效应越发明显,导致烧结试样的致密度降低;2)添加MgO促进了ZrO2-Al2O3-SiO2陶瓷的烧结,在SiO2含量为4%(w)的陶瓷中加入1%(w)的MgO时,烧结试样的致密度最大,其相对密度达到90.49%,体积密度为3.90 g·cm-3。     

SiO2微粉加入量对Al2O3-SiC-C出铁沟浇注料性能的影响

采用高铝矾土(8～5 mm)、棕刚玉(8～5、5～3、3～1 mm)、SiC(≤1、≤0.044 mm)、致密刚玉(≤1、≤0.044 mm)为主要原料,固定SiO2微粉和白泥的总加入量(w)为2.5%,研究了SiO2微粉加入量(其质量分数0、1%、1.5%、2%、2.5%)对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响。结果表明:试样在1 100、1 500℃分别保温3 h处理后,随着SiO2微粉加入量的增加即白泥加入量的降低,其加热永久线变化逐渐减少,显气孔率呈现先增大后降低的趋势,体积密度的变化趋势与显气孔率的正好相反,常温抗折强度及高温(1 450℃0.5 h)抗折强度呈现先增大后降低的趋势;当SiO2微粉加入量(w)为1.5%时,试样热震后的残余强度最大,SiO2微粉加入量(w)为2%的试样的强度保持率最低;在SiO2微粉加入量(w)为2%时,材料的抗渣侵蚀性能最好,继续增大SiO2微粉含量,抗渣侵蚀性能下降。综合各方面的因素,SiO2微粉和白泥复合使用时,SiO2微粉加入量(w)为2%左右,白泥加入量(w)为0.5%左右时,Al2O3-SiC-C快干浇注料具有最佳的综合性能。根据试验结果制备的快干浇注料在莱钢750 m3单铁口高炉铁沟使用,在未经任何修补的情况,主沟一次通铁量达到14万t。     

α-Al2O3含量对刚玉-莫来石材料物理性能的影响

以电熔莫来石、板状刚玉为骨料,加入不同量α-Al2O3细粉,在1600℃保温3 h烧成。检测了试样的体积密度、显气孔率、抗折强度、抗热震性,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和EDAX分析了试样的显微结构。结果表明,试样在经过1600℃烧成后,随着α-Al2O3微粉含量的提高,试样体积密度和高温抗折强度呈先升高后降低的趋势,耐压强度逐渐降低;α-Al2O3微粉含量为8%的刚玉-莫来石材料,经1600℃烧成后α-Al2O3颗粒长大,分布均匀,结合紧密,形成连续的交错网络骨架结构,具有较好的物理性能。     

用塑性金属工艺制备Al-Al2O3复合无碳滑板

以板状刚玉、电熔白刚玉、α-Al2O3微粉、金属Al粉为原料、热固性酚醛树脂为结合剂,利用过渡塑性相工艺在埋炭条件下于1 450℃保温6 h烧成制备Al-Al2O3复合无碳滑板。当Al含量为9%(质量分数)时,复合滑板的综合物理性能最佳,其显气孔率为4.1%,体积密度为3.27 g/cm3,常温耐压强度为410MPa,1400℃保温30min后复合滑板的高温抗折强度为60.7MPa。通过设计化学反应并控制烧结气氛制备的复合滑板中,部分过渡相Al与材料中的C和气氛中的CO、N2反应生成Al4C3和AlN复合相,Al4C3进一步与材料中的Al2O3反应生成Al4O4C、Al2OC增强相,剩余的游离态Al仍为金属塑性相。Al-Al2O3复合滑板化学稳定性高、氧含量低,不含碳且不易水化,用于洁净钢时不会产生二次C、O、H及其它杂质的污染。     

不同组成Al_2O_3-Cr_2O_3砖的抗熔融还原炼铁渣行为研究

为了研究Al2O3-Cr2O3砖对熔融还原炼铁(HIsmelt工艺)渣的抗渣性,选取市售Cr2O3含量(w)分别约为10%、30%、60%和90%的Al2O3-Cr2O3砖(试样编号依次为Cr10、Cr30、Cr60和Cr90),模拟SRV熔融还原炉中耐火材料的抗渣行为,在GB/T 8931—2007的回转渣蚀法试验基础上,人为制造200~1 600℃的温度波动进行抗渣性试验,以综合评价材料的抗渣性和抗热震性。结果表明:Cr10、Cr30、Cr60和Cr90砖的抗渣侵蚀性能和抗热震性能均优异,而Cr10、Cr30和Cr90砖的抗渣渗透性差,Cr60砖的抗渣渗透性好;Al2O3-Cr2O3砖与渣中Mg O、Fe O反应形成了致密的复合尖晶石层,提高了材料的抗侵蚀性能,基质中Cr2O3含量不同是造成试样抗侵蚀性差别的原因;Al2O3-Cr2O3砖的组成、结构和渗透层中固溶体的反应程度是影响材料抗热震性的主要因素。     

不同Al2O3微粉对合成CA6性能的影响

将煅烧α-Al2O3、活性α-Al2O3和ρ-Al2O3三种微粉分别与轻质CaCO3按六铝酸钙(CA6)的化学计量比配料,采用反应烧结法,分别于1 200、1 300、1 400和1 500℃空气气氛中保温3 h合成CA6,并研究了不同的Al2O3微粉对合成CA6材料相组成、显微结构及性能的影响。结果表明:由三种不同Al2O3微粉与轻质CaCO3配制的试样,其合成CA6的反应均在1 500℃基本完成,试样中均只有片状CA6,但片状CA6晶体的排列方式稍有不同;由煅烧α-Al2O3微粉和ρ-Al2O3微粉分别与轻质CaCO3制成的试样,烧后基本全部呈体积收缩,而由活性α-Al2O3微粉与轻质CaCO3合成的试样呈体积膨胀;由活性α-Al2O3微粉与轻质CaCO3合成的试样,其常温耐压强度最高,当试样中只有单相CA6时(1 500℃烧后),其耐压强度可达42.5 MPa;由ρ-Al2O3微粉与轻质CaCO3合成的试样,其生成CA6的温度最低,显气孔率最高,当试样中只有单相CA6时(1 500℃烧后),其显气孔率最高,可达70.1%;由煅烧α-Al2O3微粉与轻质CaCO3合成的试样,其体积密度最大。     

ZrO2/Al2O3复相陶瓷的制备及性能研究

本文以工业用ZrO2和α-Al2O3微粉为原料,通过干压成型和常压烧结工艺制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷.通过检测复相陶瓷的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、烧后线变化率和热震稳定性,研究不同α-Al2O3微粉加入量及添加剂Y2O3对ZrO2/Al2O3复相陶瓷烧结性能、常温强度、热震稳定性及微观结构的影响,并通过SEM方法对烧后试样的微观结构进行表征.结果表明:系统配料中加入Al2O3会降低ZrO2/Al2O3复相陶瓷的致密度,常温强度随着Al2O3加入量增大而呈现先增大后减小趋势,然而热震稳定性有一定程度改善.Y2O3作为一种助烧剂可以促进ZrO2/Al2O3复相陶瓷结构内晶粒长大,加入Y2O3有利于增强复相陶瓷的烧结性.     

热压烧结Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷的高温力学性能研究

为提高Al2O3陶瓷的高温力学性能,采用热压烧结工艺(烧结温度1 800℃,烧结压力20 MPa,保温1 h)制备了Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷(简称AZS),并研究了ZrB2含量对Al2O3基陶瓷高温抗折强度和抗热震性的影响。结果表明:1)在Al2O3基陶瓷中加入第二相ZrB2能有效改善材料的高温抗折强度和高温强度保持率,在1 000和1 200℃时,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温抗折强度,而加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温强度保持率。2)AZS陶瓷的抗热震性能优于纯Al2O3陶瓷。经100℃温差急冷后,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷具有最高的残余强度,比纯Al2O3陶瓷提高了17.2%;经300和500℃温差急冷后,加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷都具有最高的残余强度,比Al2O3陶瓷分别提高了35.3%和20.9%。     

鱼雷罐用Al2O3-SiC喷射浇注料的研制和应用

以高纯莫来石、碳化硅、SiO2微粉、Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥和白刚玉细粉等为原料,研究了SiO2微粉、Al2O3微粉加入量对喷射浇注料性能的影响,并比较了铝酸钠、氯化钙、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺 4 种促凝剂对喷射浇注料的促凝效果,同时还对比了该浇注料的浇注施工体与喷射施工体的性能差异.结果表明:加入8%的SiO2微粉和4%的Al2O3微粉,对提高Al2O3-SiC喷射浇注料的施工性能和使用性能有利;以聚丙烯酰胺为促凝剂对Al2O3-SiC喷射浇注料有较好的促凝效果.通过数次在鱼雷罐上的喷补使用证明,研制的喷射浇注料施工性能好,使用性能优异,大大提高了鱼雷罐的使用寿命.     

垃圾熔融炉用无铬浇注料

Al2 O3 -Cr2 O3 耐火材料由于具有优良的抗渣侵蚀性而被用作垃圾熔融炉内衬材料 ,但Al2 O3 -Cr2 O3 耐火材料对环境的危害却日益突出。由于MgO和ZrO2 比Al2 O3 更难被渣熔融 ,因此选用MgO和ZrO2 做骨料 ,研制了一种新型的MgO -MgO·Al2 O3 -ZrO2 浇注料。MgO和Al2 O3 以两种方式加入 ,一种是直接加入尖晶石 ,另一种是加入一定量的MgO和Al2 O3 代替部分尖晶石 ,利用MgO和Al2 O3 反应形成尖晶石产生的体积膨胀促使材料的致密化 ,从而改进其抗渣渗透性。试验结果表明 ,当尖晶石的加入量达到 30 %～ 4 5 %时 ,材料的抗渣侵蚀性…     

加入不同量Al粉和Si粉的低碳Al2O3-C滑板的高温力学性能

以板状刚玉、α-Al2O3微粉、石墨、Al粉、Si粉为原料,固定板状刚玉、α-Al2O3微粉、石墨的加入质量分数分别为85%、5%、2%,加入8%(w)不同比例的Al粉和Si粉(Al、Si质量比分别为0∶8、5∶3、3∶5和8∶0),以酚醛树脂为结合剂,制备了低碳Al2O3-C滑板,并研究了该滑板材料于1 500℃保温3 h埋石墨热处理后的热态抗折强度、应力-应变关系和抗热震性,同时分析了其物相组成和显微结构。结果表明,此低碳Al2O3-C滑板材料具有较高的高温强度和优良的抗热震性:当Al、Si质量比从0∶8变为8∶0时,材料在1 400℃的高温抗折强度从10.4 MPa增至32.4 MPa;在6.5 MPa载荷下1 400℃时的最大变形量从215μm降至90μm;1 100℃风冷热震3次后的抗折强度保持率从80%降至65%。这是由于Al、Si在使用的高温下与C、CO和N2反应生成了非氧化物Al4C3、AlN和SiC,这些非氧化物填充在刚玉骨架结构中起增强、增韧作用,有利于提高低碳Al2O3-C滑板材料的高温力学性能。