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。