高强隔热刚玉-镁铝尖晶石-莫来石多孔陶瓷材料的制备

以氧化铝、石英粉和电熔镁砂为主要原料,以纸浆废液为结合剂,通过原位反应烧结制备复相高强隔热陶瓷,研究MgO添加量对所制备多孔陶瓷的显气孔率、抗折强度、耐压强度和抗热震性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子万能试验机对材料的物相组成、显微结构和力学性能进行表征,并对多孔陶瓷的显气孔率和抗热震性能进行测试。结果表明:5%(质量分数)电熔镁砂与氧化铝、石英粉在1450℃下原位反应烧结3h可制备得到刚玉-镁铝尖晶石-莫来石多孔复相陶瓷,耐压强度达270.25MPa,抗折强度超过45MPa,同时显气孔率达26.46%,常温导热系数为1.469W·m^-1·K^-1,隔热性能良好,且3次热震后的残余抗折强度保持率超过27%,是极具应用前景的工业窑炉内衬材料。其中MgO含量变化会直接影响该多孔陶瓷三相组成、相形态、气孔孔径及分布,使得多孔陶瓷抗折强度、耐压强度和抗热震性能呈现非单调变化的规律。     

在内衬材料中添加氢氧化铝提升长水口的抗热震性:内衬材料显微组织与性能及长水口颈部最大热应力数学模型

本工作旨在通过向内衬材料中加入氢氧化铝来提升长水口部件的抗热震性。以氧化铝空心球、烧结刚玉为主要原料,配以不同含量的α-Al2O3微粉和干基氢氧化铝,经过预混、成型、热处理,制备了一系列长水口内衬材料。利用XRD和SEM进行显微组织分析,发现氢氧化铝含量的变化并未改变内衬材料的相组成,材料中氢氧化铝呈孤岛状分布。对内衬材料开展了若干力学及热学性能测试,结果表明,随氢氧化铝含量的增加,内衬材料体积密度降低,气孔率升高,常温抗折强度、弹性模量、热导率和热膨胀系数均降低。之后通过有限元法与回归分析,进一步建立了内衬材料热膨胀系数α、弹性模量E、热导率λ三种因素与复合长水口颈部最大热应力σmax之间的数学模型,在该模型中,σmax与α、E和λ之间呈交叉线性关系。结合力学、热学性能测试结果,借助所得数学模型,预测氢氧化铝含量与σmax呈负相关关系(即与长水口抗热震性呈正相关关系)。最后,对比了普通硅质长水口内衬与Al2O3-Al(OH)3体系内衬的实际使用效果,前者与后者的侵蚀速率分别为0. 049 mm/min和0. 032mm/min。     

Ag含量对NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极性能的影响

为了提高NiFe2O4陶瓷阳极材料的力学性能和抗热震性,向原料中加入金属Ag,采用粉末冶金法制备了Ag/NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极.研究了Ag含量对材料微观结构、抗弯强度以及抗热震性的影响.研究结果表明随着Ag含量的增加,惰性阳极材料的晶粒尺寸逐渐减小,说明Ag能够有效抑制陶瓷基体晶粒的长大.而且随着Ag含量的增加,材料的结构越来越致密,说明Ag在一定程度上能够促进烧结.对材料的力学性能和抗热震性测试结果发现,Ag能提高材料的强度,随着Ag含量的增加,材料的抗弯强度逐渐增大,抗热震性在银含量为10%处达到最大值.     

Ag-NiFe2O4金属陶瓷性能研究

为改善铝电解惰性阳极用NiFe2O4尖晶石材料存在的不足,制备了不同金属Ag含量的Ag-NiFe2O4金属陶瓷,利用扫描电子显微镜观察显微组织,由X射线衍射分析化学成分,研究了Ag-NiFe2O4试样的体积密度、热震性、导电率以及腐蚀速率,并与纯NiFe2O4尖晶石对比,分析了其性能差异的原因.试验结果表明,金属的Ag加入显著改善了抗热震性,含10%Ag试样的导电能力比纯NiFe2O4尖晶石提高了30%,综合考虑Ag含量为15%试样性能最好.     

氧化锆烧成体性能的匹配性及其应用

实验研究了 15 80℃× 1h常压烧结下 ,氧化钇含量的变化对氧化锆陶瓷的力学和热学性能匹配性的影响。结果显示 :当氧化钇含量为 2 5mol%时 ,15 80℃× 1h常压烧结的氧化钇稳定氧化锆陶瓷的抗热震性达到最佳 ;当氧化钇含量为 3 0mol%时 ,材料的综合力学性能达到最佳 ;当氧化钇含量为 3 5mol%时 ,材料的线膨胀系数最大 ;对于不同相组成的同一种材料而言 ,材料的抗热震性可简单表述为抗弯强度和线膨胀系数的函数。在实际材料设计时 ,必须考虑具体的工况需求 ,获得合理的力学性能与热学性能的搭配     

碳纳米管的加入方式对低碳铝炭材料性能的影响

分别以多壁碳纳米管-氧化铝(CNT-Al2O3)复合粉体和直接加入的添加方式,以MWCNTs为增强材料,电熔白刚玉(粒径为1~3mm和0~1mm)为骨料,板状刚玉粉(粒径≤0.043 mm)、鳞片石墨粉(粒径≤0.147 mm)、单质硅粉(粒径≤0.074 mm)为基质,热固性酚醛树脂为结合剂,制备出MWCNTs复合低碳Al2O3-C材料,研究MWCNTs及其不同的加入方式对复合材料的常温物理性能、高温抗折强度、抗热震性和抗氧化性的影响。采用扫描电子显微镜和高分辨率透射电镜对MWCNTs及复合材料的表观形貌进行观察。结果表明,CNT-Al2O3复合粉体中的MWCNTs在基质中分散均匀,可降低试样的气孔率,提高试样的致密度、机械强度、高温抗折强度和抗热震性;直接加入的MWCNTs不但对试样的常温物理性能和抗热震性无明显改善,而且降低了试样的高温抗折强度下降。MWCNTs的加入可改善低碳Al2O3-C试样的抗氧化性,其中以加入CNT-Al2O3复合粉体的加入形式效果最佳。     

MgO含量及其赋存形态对Al2O3-MgO系浇注料热膨胀性能的影响

研究了MgO的含量及其赋存形态(游离MgO,富铝尖晶石,理论组成尖晶石,富镁尖晶石)对经不同温度(110℃×24h、1100℃×3h、1500℃×3h和1600℃×3h)热处理后浇注料试样的热膨胀性能的影响.结果表明:(1)随着MgO含量的增加,试样的平均热膨胀系数呈增大的变化趋势,随着热处理温度的提高,MgO含量对试样的平均热膨胀系数影响逐渐变小.(2)对于经110℃×24h和1100℃×3h热处理后的试样,MgO以理论组成尖晶石的赋存形态引入时,其平均热膨胀系数最小.     

可加工Al2O3/BN纳米复合材料的抗热震性能

通过原位化学包覆工艺制备的可加工Al2O3/BN纳米复合材料,其抗热震性能明显优于Al2O3基体材料.热震温差△Tc从195℃提高到约395℃,抗热震损伤性能也得到相应的改善.高的抗热震断裂性能源于材料的弹性模量的大幅下降和保持了较高的强度;而优良的抗热震损伤性能则是因为具有弱层间结合的BN易产生大量的微裂纹,屏蔽了热弹性应变能,从而使热震裂纹趋向于准静态扩张.     

Al2TiO5-ZrO2复相材料的制备与性能

以α-Al2O3,TiO2,ZrO2为主要原料,以MgO,SiO2,Fe2O3为稳定剂,经1500℃×2h烧结可制得低热膨胀系数的Al2TiO5-ZrO2复相材料.实验发现:随试样中ZrO2含量的提高或随ZrO2稳定程度的提高,Al2TiO5-ZrO2材料的RT～1000℃热膨胀系数逐步降低,这与材料复合体热膨胀系数的常规相悖.ATZ-5试样的抗弯强度为39.15MPa,吸水率为3.28%,热膨胀系数为4.46×10-6 /℃,其抗热震性能优良,可承受的热震温差是P-ZrO2试样的1.62倍.     

ZrO2复合A12O3基陶瓷的抗热震性能

将氧化锆添加到氧化铝基陶瓷中,系统研究了其加入量(外加质量分数分别为0.75％、1.5％、2.25％和3％)对试样烧结性能、高温膨胀性能及导热性能的影响.通过高温立式热膨胀仪、激光导热仪等分析测试技术对试样进行了性能表征,结果表明:随着氧化锆加入量的增大,试样的显气孔率增大,体积密度减小;试样的导热系数随氧化锆的加入呈指数衰减,导热性能降低;其热膨胀系数呈正弦曲线变化,wt(ZrO2)％为1.5％～2.0％的试样热膨胀系数最小.氧化锆的引入,可改善氧化铝基陶瓷材料的抗热震性能.