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含β-Sialon、Si_3N_4的Al_2O_3基长水口材料的性能研究

岳昌盛  
【摘要】:本工作以实际使用的铝碳质长水口为基础,加入非氧化物β-Sialon、Si_3N_4等量取代石墨,以达到降低碳含量的目的,研究了非氧化物β-Sialon、Si_3N_4加入物对长水口材料性能的影响。论文包括八部分内容,其中第四到第七部分为含非氧化物β-Sialon、Si_3N_4铝碳质长水口的实验研究,研究了它们的加入量对长水口材料的常温物理性能、高温强度、抗热震性及抗氧化性的影响,结果表明: 与原Al_2O_3-C质长水口材料相比,加入β-Sialon经930℃(工厂产品的实际热处理温度)埋碳热处理后,试样的显气孔率上升,体积密度下降,常温抗折强度下降。 加入β-Sialon,试样在800℃到1400℃(间隔200℃)下的热态抗折强度下降,原因是加入β-Sialon导致试样显气孔率增大。试样400℃到1400℃时的MOR-T曲线表明:随温度升高试样的抗折强度先上升后降低,MOR最大值的温度为800℃~1000℃。加入β-Sialon的试样具有较好的抗热震性,1100℃下三次和五次水冷抗热震试验表明β-Sialon加入量为14%的试样残余强度值及残余强度保持率最大。试样1300℃下保温1h的抗氧化试验表明β-Sialon加入量为7%时材料的抗氧化性较好。 与原Al_2O_3-C质水口材料相比,加入Si_3N_4和金属Al经1450℃埋碳热处理后,试样的显气孔率上升,体积密度变化不大,常温抗折强度增加。 加入Si_3N_4和金属Al,800℃到1400℃(间隔200℃)下试样的热态抗折强度提高,Si_3N_4的加入量为3%时在1400℃下的高温抗折强度最好。能谱和XRD分析表明含Si_3N_4试样在1450℃埋碳烧成过程中原位反应生成了部分Sialon以及少量的莫来石,提高了试样内部的固—固结合。加入Si_3N_4的试样具有较好的抗热震性,1100℃下三次和五次水冷抗热震试验表明Si_3N_4加入量为6%时试样的残余强度值及残余强度保持率最大。试样1300℃下保温1h的抗氧化试验表明Si_3N_4的加入量为3%和6%时试样的抗氧性较好。 综合上述结果,建议在原工厂生产的配比中以6%的Si_3N_4和适量的金属Al取代等量的石墨,并适当提高热处理温度(≥1500℃),以便生成更多的Sialon,可望在原Al_2O_3-C质长水口中减少9%的石墨,得到较低碳含量的长水口材料。


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