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莫来石-刚玉质抗热震复相陶瓷的研究

陈桂华  
【摘要】: 莫来石—刚玉质复相陶瓷具有熔点高、抗蠕变、抗热震、抗氧化等特点,可以用作高温窑具、陶瓷辊棒等;且原料丰富、性价比高,被认为是最有发展前途的高温抗热震陶瓷之一。目前莫来石—刚玉质复相陶瓷的研究主要集中在宏观性能方面,不同研究者得到的性能差异较大,抗热震性较差,因此有必要对莫来石—刚玉质复相陶瓷进行系统研究。 本文全面论述了抗热震陶瓷与莫来石-刚玉质复相陶瓷的研究概况、改善陶瓷抗热震性的方法。在此基础上,利用热膨胀失配机制、原位合成晶须等改善陶瓷抗热震性的方法,以莫来石、刚玉为复合颗粒料,以硅微粉、氧化铝微粉为粉料,以硅铝凝胶、粘土为结合剂、氟化铝为添加剂经过1700℃的高温烧成制得莫来石—刚玉质抗热震复相陶瓷。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等测试手段对结合剂和添加剂进行特性分析,并对复相陶瓷的强度、强度保持率与断裂韧性、气孔率等力学性能和结构性能以及显微结构进行测试和分析,讨论了颗粒级配、结合剂种类及含量、添加剂球磨时间与复相陶瓷性能之间的关系。 结合剂及添加剂特性分析的研究结果表明:粘土结合剂与α—Al_2O_3微粉经1250℃热处理2h后生成颗粒状莫来石,添加氟化铝后生成柱状莫来石;硅铝凝胶经1250℃热处理2h后生成莫来石晶相,晶粒尺寸为100~500nm,硅铝凝胶与氟化铝经高温热处理生成莫来石晶须,晶须的长为28μm,宽为700nm,长径比大于30。 复相陶瓷结构及性能的研究结果表明:①莫宋石与刚玉颗粒质量比为3/1时,复相陶瓷形成的热膨胀失配较合理,试样抗热震性较好,其抗折强度保持率达到51.3%。②用硅铝凝胶为结合剂比用粘土为结合剂试样性能要好,在热处理时,硅铝凝胶可生成细小的莫来石粒子弥散在复相陶瓷中,起到增韧作用,提高其抗热震性,改善其综合性能,当其含量为9%时,其抗折强度保持率和断裂韧性分别达到64.5%、1.84MPa·m~(1/2);③加入氟化铝添加剂,在复相陶瓷中原位合成莫来石晶须,起到增韧效果,提高了复相陶瓷的抗热震性,同时晶须增韧效果与添加剂的球磨时间有关,当球磨时间为40h,试样抗热震性较好,其抗折强度保持率与断裂韧性分别为69%、3.03MPa·m~(1/2)。④无定形硅微粉可促进试样的烧结, 浙江大学脱卜学位论义 又来石一刚下质抗热震复相陶瓷的研究 提高复相陶瓷的力学性能,但对试样的抗热震性改善不明显。 在上述研究的基础上,通过优化配方和工艺参数,制得莫来石一刚玉质抗热 震复相陶瓷窑具,其抗热震次数达45 次以上,抗折强度与抗压强度分别为 厂.95MP8、75MPd。


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