莫来石-钛酸铝窑具的制备与性能研究

采用原位合成技术合成莫来石一钛酸铝复相材料(ATM),并以复相材料和烧结莫来石(M60)为主要原料制备莫来石一钛酸铝窑具,借助于XRD、SEM和热态模拟试验等手段研究了烧成温度、复相材料添加量对莫来石-钛酸铝高温窑具性能和显微结构的影响.结果表明:合成的莫来石-钛酸铝复相材料适于制备高温窑具;在1 600℃烧成的窑具试样具有较高的高温抗折强度和良好的抗热震性;合成复相材料的添加量为45%时可获得综合性能好的窑具材料;热态模拟试验表明研制的莫来石-钛酸铝高温窑具适合在低于1 400℃,承重小于8 kg的条件下使用.     

Zn对Al_2O_3-Al-C滑板中温性能和显微结构的影响

以板状刚玉、氧化铝微粉、金属铝粉、金属锌粉为主要原料,以酚醛树脂为结合剂,制备Al_2O_3Al-C滑板样品。研究了金属锌粉的引入对Al_2O_3-Al-C滑板显微结构和性能的影响。结果表明:在450～1050℃热处理温度条件下,锌粉的引入改变了滑板中金属铝粉的反应进程,金属锌粉氧化后形成的氧化锌沉积在金属铝粉表面,改变了金属铝粉熔化、扩散和反应的进程,有利于材料在较低温度下形成金属结合,提高中温(600～1100℃)性能。锌粉的引入对材料显微结构有较大影响,900℃热处理3 h后材料内部形成大量颗粒状、柱状和针状氮氧化物,1 050℃热处理3 h后材料内部形成大量碳化铝纤维,有利于材料性能的提高。     

莫来石-钛酸铝高温窑具的研制

在合成莫来石/钛酸铝复相原料的基础上,借助于XRD、SEM和热态模拟试验等手段研究了烧成温度、复相原料添加量对莫来石-钛酸铝高温窑具性能的影响.研究结果表明:合成的莫来石/钛酸铝复相原料适于制备高温窑具;在1600 ℃烧成的窑具试样具有较高的高温抗折强度和良好的抗热震性;复相合成原料添加量为45%时可获得综合性能较好的窑具材料;热态模拟试验表明研制的莫来石-钛酸铝高温窑具适于作为硬磁材料烧成窑具.     

烧成制度和结合剂对刚玉-莫来石窑具性能的影响

以板状刚玉(粒度为3～1mm和≤1mm)、莫来石(粒度≤1mm)和αAl2O3微粉为原料,分别加入一定量的高岭土和硅胶-铝胶(其中Al、Si的物质的量比为3)作为结合剂,在燃油倒焰窑中经不同的烧成制度(分别加热至1000℃、1150℃、1200℃、1300℃和1500℃保温1h后,继续升温至1700℃烧成)烧制成刚玉-莫来石窑具材料,并对比研究了这两种结合剂在上述保温温度下处理1h后的相变化及其对刚玉-莫来石材料强度和抗热震性的影响。结果表明:硅胶-铝胶结合剂中莫来石的显著形成温度约为1150℃,远低于高岭土的1500℃;在相同的烧成制度下,以硅胶-铝胶为结合剂的刚玉-莫来石试样的常温抗折强度比以高岭土为结合剂的低,而其抗热震性优于以高岭土为结合剂的。     

金属铝粉对刚玉-氮化硅材料性能的影响

借鉴“过渡塑性相工艺”的思想,在刚玉- 氮化硅材料中引入12.5%(质量分数)的铝粉,研究 了铝粉的加入对刚玉-氮化硅材料的成型性能以及 烧成后试样的体积密度、显气孔率、载荷-变形曲线 (断裂韧性)、物相组成和显微结构的影响。结果表 明:在刚玉-氮化硅材料中引入铝粉后,由于铝粉的 塑性有利于成型过程中孔隙的填充,使得干坯致密度 提高;试样在空气气氛中烧成后,由于铝粉原位氧化 生成的活性氧化铝与氮化硅氧化生成的二氧化硅反 应,生成了针柱状的莫来石晶体或晶须,对烧结体具 有补强增韧作用。     

低硅铝锆碳滑板的性能研究

针对传统的以锆莫来石为原料的铝锆碳滑板中SiO2含量较多,在浇铸钙处理钢时侵蚀严重的问题,用部分稳定ZrO2(PSZ)代替锆莫来石原料,加入板状刚玉、活性α-Al2O3、炭黑、Si粉、B4C粉和热固性酚醛树脂,分别在1300℃、1400℃、1500℃烧后制成了低硅铝锆碳滑板,并测定了试样的抗渣性、热膨胀系数、膨胀率和热震后强度损失率。结果表明:低硅铝锆碳滑板的烧成温度以1300~1400℃为宜,在此温度下烧成的试样性能优良,其抗热震性和抗渣性均优于以锆莫来石为原料的传统铝锆碳滑板。     

板状刚玉粒度和加入量对高铁镁砂-烧结刚玉复合材料性能的影响

以粒度为3~1、≤1、≤0.088 mm的高铁镁砂,≤0.088 mm的高纯镁砂为主要原料,分别研究了不同加入量(质量分数分别为3%、6%、9%、12%、15%)和不同粒度(3~2、2~1、≤1 mm)的烧结板状刚玉对试样性能的影响,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:当烧结板状刚玉细粉加入量为6%(w)时,试样的显气孔率16%,体积密度2.99 g·cm-3,常温耐压强度80.9 MPa,荷重软化温度1 609℃,抗热震性达到20次,综合性能最好;改变加入刚玉的粒度,可以控制刚玉反应速度,同时影响高铁镁砂中Fe的扩散;铁在方镁石中固溶度大,高铁镁砂的引入可以起到方镁石改性的作用;由于铁氧化物的存在,高铁镁砂-刚玉体系在高温下易于促进镁铝尖晶石和铁铝尖晶石固溶体的形成。     

凝胶法片状莫来石粉的制备及应用

采用拟薄水铝石和非晶态超细SiO_2微粉为原料。以溶胶-凝胶工艺制取莫来石凝胶,通过干燥、煅烧研制得片状结晶莫来石粉。初步研究了凝胶法莫来石粉在钛酸铝陶瓷和烧结刚玉砖中的应用。实验结果表明:凝胶粉起到了促进烧结、降低烧成温度的作用,并使钛酸铝——莫来石复相陶瓷和刚玉砖的强度得到了显著提高。     

金属-氮化物结合滑板的研制与应用

以刚玉为骨料,金属铝为主要基质,利用粉末冶金工艺,氮化烧成,制成了具有金属陶瓷性能的金属-氮化物结合滑板.金属铝以细粉、颗粒和铝纤维三种形式引入,加入量为10%～20%,同时在配料中引入一种氨盐作添加剂,确定氮化温度低于1100℃.研制的滑板具有优良的抗氧化性、抗侵蚀性和高温结构强度,尤其适合于高氧钢及钙处理钢的浇铸,其理化指标为w(Al2O3)96.6%,w(T.C)3.23%,常温耐压强度147～224 MPa,常温抗折强度51.6～59.4 MPa,体积密度3.15～3.26g@cm-3,显气孔率8%～10%,线膨胀率1.2%(1200℃).     

刚玉骨料种类与粒度对刚玉-莫来石材料抗热震性的影响

以莫来石和电熔白刚玉或板状刚玉为骨料,氧化铝粉、氧化硅粉、红柱石粉为基质料,纸浆为结合剂,同时以≤0.15 mm(100目)的刚玉细骨料取代较粗(1～0.15 mm或0.5～0.15 mm)的刚玉骨料,制备了2个系列、不同粒度级配的刚玉-莫来石试样,并分别以抗折强度保持率和弹性模量保持率为评价指标,研究了刚玉骨料种类和粒度对刚玉-莫来石材料性能的影响。结果表明:1)分别以白刚玉和板状刚玉为骨料时,刚玉-莫来石材料热震后的弹性模量保持率与抗折强度保持率并不完全一致;2)以≤0.15 mm骨料代替较粗骨料,虽能提高材料强度,但可能会降低其抗热震性能。分析认为:刚玉-莫来石材料抗临界危险裂纹扩展能力与材料热震强度保持率一致,相对于弹性模量保持率,以强度保持率作为此类材料抗热震性的评价标准更为合适;由于板状刚玉骨料周围残余应力的存在,热震实验后以板状刚玉为骨料的刚玉-莫来石材料具有更高的抗折强度保持率。     

刚玉-炭质滑板的生产与应用

以优质烧结板状刚玉、石墨、α-A1     

金属-氮化物结合刚玉质滑板的结构与性能

由80%～90%板状刚玉及20%～10%金属铝组成的坯料经氮化处理(温度1100℃)后,再进行表面氧化处理(温度800℃),可制得显气孔率为2%的Al-AlN-Al2O3滑板材料,其1400℃高温抗折强度高达48.7 MPa. 该滑板材料浇钢的使用寿命是Al2O3-C滑板的2倍. 显微结构分析表明,部分金属铝氮化形成AlN的体积膨胀效应及其对刚玉晶粒的结合作用,提高了材料的结构致密度和强度,赋予材料优良的抗钢液侵蚀性能. 部分金属铝的高温塑性状态、金属铝及氮化铝的高导热性、刚玉与氮化铝的复相热失配等,是材料具有高抗热震性能的主要原因.     

滑动水口密封垫的试制与应用

以刚玉和膨胀石墨为主原料 ,粘土和热塑性树脂等为辅料 ,试制出气密性、高温膨胀性、抗侵蚀性和分离性优良的滑动水口密封垫。在钢厂的实际应用结果表明 :该密封垫的密封性和抗侵蚀性均较好 ,提高了上水口的使用寿命 ,增加了连铸的安全性 ;使用后不粘结水口与滑板 ,拆卸方便 ;使用效果与日本产品相当     

Progress in Research and Development of Refractory Oxide-Nonoxide Composites

Some of the progress made in our laboratories in collaboration with industry in research and development work on high performance oxide-nonoxide composites for metallurgical applications has been reviewed. (1) SiAlON bonded corundum composites for blast furnace usage have been produced by reduction-nitridation sintering at high temperature, using bauxite instead of alumina in the matrix. (2) Low carbon Al2O3-SiAlON slide plate materials successfully used in high quality steel continuous casting have been developed in which most or all of the graphite in Al2O3-C brick is replaced by bauxite-based β-SiAlON. (3) Al/Si metal bonded Al2O3-C material characterized by low carbon content, low firing temperature and in-situ formation of carbides and nitrides at high temperature during service are found to possess very high hot strength and very good thermal shock resistance and have also been successfully used as slide plates in ladles and tundishes for high quality steel casting.     

硅溶胶结合刚玉和刚玉-莫来石浇注料的性能研究

以电熔白刚玉、电熔莫来石、氧化铝微粉、二氧化硅微粉和硅溶胶为主要原料,制备了硅溶胶、二氧化硅微粉结合刚玉浇注料以及硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料,研究了不同温度处理后浇注料的常温性能、冷态和热态抗折强度以及弹性模量等性能,并进行了差热、X射线衍射和显微结构分析。研究结果表明:1)与二氧化硅微粉相比,硅溶胶能够显著提高浇注料800℃以下的抗折强度;硅溶胶结合和二氧化硅微粉结合的机制以及随温度变化的规律基本一致。2)高温下刚玉骨料中β-Al2O3分解产生的Na2O大部分进入液相,使液相中Na2O含量增加,不利于浇注料中原位生成莫来石,并降低材料的高温强度。3)莫来石加入到硅溶胶结合刚玉浇注料中,能显著降低浇注料的弹性模量,借助于高温下液相的传质作用,莫来石彼此连接形成网络,从而增加了浇注料的强度。     

Correlation between nitriding process and microstructure of reaction bonded aluminium nitride ceramics

Abstract

Aluminium nitride samples were produced by a reaction bonding process using AlN and Al powders with flake-like and equiaxed morphologies as starting materials. Changing the particle sizes and morphologies of the aluminium starting powders led to changes in degree of reaction and microstructure of the resulting reaction bonded aluminium nitride ceramics. At 25 wt-%Al, the degree of reaction showed a maximum, decreasing at higher aluminium concentrations. The degree of reaction was increased by increasing nitrogen gas flowrate or nitriding temperature. It was also found to be increased by reducing the average particle size of the Al starting powder, the green bulk density, or the sample thickness, and also by choosing flakelike morphology. SEM and optical micrographs of reaction bonded aluminium nitride samples revealed the pore structure and morphology of primary and secondary aluminium nitride.     

纯低温余热发电用耐磨可塑捣打料的研制

以电熔刚玉骨料、电熔刚玉细粉、SiC细粉、广西泥、SiO2微粉等为主要原料,磷酸二氢铝为结合剂,以高铝水泥或镁砂为促硬剂,并添加有机增塑剂、膨胀剂等,研制了一种纯低温余热发电系统管道内衬用耐磨可塑捣打料。通过优化磷酸二氢铝结合剂中H3PO4和A l(OH)3的摩尔比、促硬剂种类及其加入量、原料混练工艺,所研制的捣打料具有强度高、韧性好、耐磨损、抗侵蚀、施工方便等特点,并在大型干法水泥回转窑纯低温余热发电工程中取得了良好的使用效果。     

金属铝结合镁-尖晶石-碳滑板的研制

研究了不同添加物(电熔刚玉、镁铝尖晶石、碳化硅和阿隆)对镁碳材料物理性能和抗热震性的影响,炭素种类对镁碳材料物理性能和抗氧化性的影响以及抗氧化剂种类和加入方式对镁碳材料常温抗折强度和抗氧化性的影响,根据确定的最佳添加物研制连铸钢包用滑板材料。结果表明:加入镁铝尖晶石有利于提高材料的抗热震性;与炭黑相比,添加597微细石墨可显著提高材料的常温抗折强度、致密度以及抗氧化性;以碳化硼和硅粉作为复合添加剂,有利于提高材料中、高温处理后的常温抗折强度,同时也提高了材料的抗氧化性;研制的镁-尖晶石-碳滑板材料在实际使用中的抗拉毛性优于重烧铝锆碳滑板,达到了钢厂的使用要求。     

纳米NiO掺杂Carbores'P对Al2O3-C耐火材料力学性能的影响

为提高低碳铝碳耐火材料的力学性能,以≤1 mm的棕刚玉、Si粉和Carbores’P为原料,外加纳米NiO为催化剂,制备Al2O3-C基质试样,利用XRD、SEM、激光拉曼光谱研究纳米NiO对Carbores’P炭化产物的影响。以棕刚玉(粒度为5~3、3-1、≤1 mm)、电熔白刚玉粉、Si粉、鳞片石墨、Carbores’P、纳米NiO为原料制备低碳Al2O3-C试样,研究纳米NiO掺杂Carbore’P对试样力学性能的影响。结果表明:1400℃埋碳热处理后,添加纳米NiO能提高基质的石墨化度,促进碳纳米管和SiC晶须的生成;正是由于它们的生成,提高了Al2O3-C试样的致密度、常温强度和断裂前的位移量,使试样韧性增强。