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莫来石—氧化锆复相陶瓷制备工艺及应用研究

郭思聪  
【摘要】:针对高炉风口套使用寿命低这一问题进行了研究,选择莫来石-氧化锆复相陶瓷作为主要研究对象,利用莫来石具有耐火度高、抗热震性好、抗化学侵蚀、抗蠕变、荷重软化温度高、体积稳定性好等性质,再通过氧化锆的相变增韧作用和良好的热障作用,来增加陶瓷的强度并使其起到更好的隔热效果,降低热损耗,降低焦比,对提高风口套服役寿命,提高高炉产量和优化各项经济技术指标有着重要意义。 本课题成分制定方案是:以莫来石粉为基体粉,添加少量氧化铝微粉和二氧化硅微粉,通过加入5Y-ZrO_2(Y_2O_3含量为5mol%)作强化相,来改善陶瓷材料的隔热效果;加入适量MgO和TiO_2来提高陶瓷的致密度,促进陶瓷的烧结,提高材料强度。本实验过程是:配制PVB粘结剂溶液;按比例称取各种粉料,对纳米粉料进行分散,同时进行混料;混料后,用真空干燥箱进行干燥;干燥后的粉料经球磨机球磨15min,最后将粉料过80目筛;为使成型效果更好,选择先进行干压成型,再进行冷等静压成型;本次实验排塑范围是室温~1050℃;烧结范围是1490~1640℃;制作样品进行抗热震实验,扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)。 实验发现:在1580~1640℃烧结时,样品均已瓷化且未开裂,各成分样品收缩普遍较大,是比较适合样品烧结的温度;ZrO_2颗粒呈椭球形或球形主要分布于基体中,对陶瓷会起到强化的作用,起到增韧效果,随着ZrO_2的加入量的增加,以ZrO_2为主的固溶体增多,增韧效果会相应增加,但加入量要严格控制;烧结温度较高时,ZrO_2晶粒明显长大,出现穿晶断裂现象;温度和成分对气孔的形成有着重要影响;ZrO_2含量为20%、30%的样品经热震测试后未开裂,具有良好的抗热震性能;综合考虑,1610~1640℃是最佳烧结温度,含30%ZrO_2样品为最终的配方。


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