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刚玉基浇注料流变性和高温机械性能的研究

贾全利  
【摘要】:本工作以含刚玉基浇注料为基础,主要研究了微粉、粒度组成以及非氧化物(石墨、Sialon)等对刚玉基浇注料流变性和高温机械性能的影响规律。 研究工作分四个方面:(1)利用NXS-11A型粘度仪研究了微粉、水泥、鳞片石墨、Sialon等因素对基质流变性的影响;(2)利用浇注料流变仪(Rheometer)研究了微粉、粒度组成、镁砂细粉、鳞片石墨、造粒石墨及β-Sialon等对浇注料流变性的影响;(3)研究了微粉、水泥、镁砂、石墨及Sialon等对热处理后浇注料常规物理性能的影响;(4)利用三点弯曲和在不同温度下处理与水冷循环后的残余强度保持率的方法研究了微粉比例、造粒石墨及Sialon等对浇注料高温抗折强度和抗热震性的影响。 结果表明: 1)基质的流变行为呈宾汉姆流体特征;微粉比例、水泥、镁砂、鳞片石墨和Sialon均影响基质流变性,其中SiO_2微粉改善基质的流变性的最主要因素,使基质粘度、剪切应力和屈服应力降低,这主要是由于SiO_2微粉具有比重小、颗粒呈球形以及很高的表面活性,能够很好地填充在颗粒孔隙置换出其中的水所致;Al_2O_3微粉对基质的流变性略有改善;镁砂和Sialon的加入对基质流变性不利;鳞片石墨使基质的流变性明显变差。 2)粒度组成、Al_2O_3微粉/SiO_2微粉比例、鳞片石墨对浇注料流变性有显著影响;镁砂细粉、Al_2O_3微粉对浇注料的流变性影响较小;造粒石墨和β-Sialon对流变性有负面影响;浇注料的流变行为呈宾汉姆流体特征。Al_2O_3微粉/SiO_2微粉比例的变化随SiO_2微粉量的增加,所需加水量大幅度减少,自流值明显提高,流变性得到显著改善——剪切应力、剪切粘度和流动阻力减小。随着粒度组成(q值从0.29、0.26到0.23)的变化,由于细粉比例的增加导致颗粒总表面积增大需要更多的水来润使其表面,使加水量略有增加,自流值略有降低,流变性变差——剪切应力、剪切粘度和流动阻力增加。随鳞片石墨加入量的增加,由于鳞片石墨的不被水润湿和难分散性使所需加水量大幅度增加(加入5%鳞片石墨时,增加了100%),流变性显著变差。随造粒石墨和β-Sialon加入量的增加,所需加水量略有增加(加水量从5%→6.2%)、流动值轻微减少,对流变性略有负面影响。由于造粒石墨的表面特性和比重的改善,β-Sialon共价键的极性较弱与水润湿程度远好于鳞片石墨,它们对流变性的负面影响远小于鳞 郑州大学硕士学位论文 片石墨。 3)变化微粉比例时、刀S比为100/0一50/50时,随siq微粉含量增加,热处理 后试样体积密度增加、气孔率降低、常温耐压和抗折强度增加,刀S比为25/75~0八oo 时常规物理性能略有下降。随水泥、镁砂细粉和Sialon细粉加入量增加,经热处理后 试样的气孔率增加、体积密度降低、常温耐压和抗折强度降低。随鳞片石墨和造粒石 墨加入量增加,由于石墨与耐火氧化物之间的结合差,使热处理后试样的气孔率增 加、体积密度降低、常温耐压和抗折强度显著降低。 4)当Ab03微粉/5102微粉比=75/25时,不含和含4%造粒石墨、4%p一sialon 的试样的热态强度从110℃烘干后随处理温度的升高呈上升趋势,到1000℃达到最大 值,从1200℃开始快速下降;含4%Sialon的试样经1500℃热处理后,试样的MOR-T 曲线属于第一种类型,且Tm(MOR最大值的温度)为800℃。p一sialon加入量在 0一10%范围内经1500℃热处理后试样在1400℃下的HMOR增加,含量为4%的试样 具有最大HMOR比不加提高了58.26%。加入Sialon提高了刚玉质浇注料在1400℃ 下的高温抗折强度。 5)刚玉质浇注料中的水泥含量为2%,改变A12O3微粉/si伍微粉比时,随5102 微粉所占比例增加,试样的抗热震性逐渐提高。p一Sialon加入量在O一10%范围内,试 样的抗热震性能提高(1 100℃水冷一次后,抗折强度保持率由18%一40%以上),当其 含量为4%时,试样的残余强度和强度保持率达最大值,归功于适量p一sialon的弥散 填充在刚玉骨架结构中起增强作用。 6) A12O3微粉/siO:微粉比=75/25的刚玉质超低水泥浇注料的热震临界温差△Tc 为200℃;含4%p一sialon的试样热震临界温差△Tc为400℃,且各温差下热震后的 强度保持率比空白样均有明显的提高;含4%造粒石墨的试样热震临界温差△Tc为 200℃。加入非氧化物(造粒石墨、sialon),可明显提高刚玉基浇注料的抗热震性能 根据以上结果,研制和开发自流或泵送喷射施工浇注料时最佳A12O3微粉/5102 微粉比例为50/50~0/100;对于无水泥铝镁质浇注料5102微粉最佳加入量为3%、A12O3 微粉为6%镁砂为6一8%;含4一8%p一Sialon浇注料的流变性适合于泵送喷射施工。 加入适量的非氧化物(石墨、sialon)可提高刚玉基浇注料的高温机械性能。


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