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基质显微结构参数对刚玉质浇注料热学性能的影响

姜晓  
【摘要】:以刚玉质浇注料为研究对象,主要研究了Secar 71水泥和ρ-Al_2O_3两种结合体系刚玉质浇注料的热学性能。全文共分为气孔结构参数对刚玉质浇注料热导率的影响、若干显微结构参数对刚玉质浇注料热膨胀性能的影响和刚玉质浇注料的抗热震性能三个部分。 首先研究了气孔结构参数对刚玉质浇注料热导率的影响,通过调整粒度级配、热处理温度和添加糊精等方法改变浇注料试样的气孔结构参数,研究其对试样热导率的影响。研究结果表明:试样的显气孔率和气孔中位径均随着热处理温度的升高或糊精含量的增加而增大;当试样的临界粒度增加,因坯体密度提高,烧结更为显著,致使试样的显气孔率变小,气孔中位径增大;试样的常温热导率随显气孔率及气孔中位径的增大而减小,临界粒度变化只改变热导率的大小,而并不会改变热导率的变化规律。与气孔中位径相比,显气孔率是影响试样热导率的主要因素。此外,灰色关联理论分析表明,3~9μm间的气孔对ρ-Al_2O_3结合刚玉质浇注料的常温热导率影响最为显著。 因刚玉质浇注料试样中所有铝氧八面体在相同温度梯度内具有相同的累计膨胀率,所以各组试样的线膨胀率相近,浇注料试样的致密度对其不明显。随着活性α-Al_2O_3微粉含量的增加和临界粒度的增大,试样的平均线膨胀系数增大。粒度配比的改变,即骨料含量的增加,试样的平均线膨胀系数随之先减小后趋于重合。Secar 71水泥和ρ-Al_2O_3结合的刚玉质浇注料试样的平均线膨胀系数均随着显气孔率的增大而减小。 烧结致密化使ρ-Al_2O_3结合试样内部微细孔减少,大气孔增加,对热震裂纹尖端的钝化作用增强,缓解热应力的能力增加,抗热震能力提高,故水冷热震试样的抗折强度保持率,随着热处理温度的升高逐渐增大。空冷热震试样随着空冷次数增加,受到持续的热应力作用,使得原有裂纹和试验过程中所产生的裂纹在热应力的作用下加速扩展,试样的抗热震能力降低。聚苯乙烯空心球的引入可以调整试样的显气孔率,改善其热震稳定性能。ρ-Al_2O_3结合试样的抗折强度保持率随着显气孔率的增大先减小后略增大,而Secar 71水泥结合试样的抗折强度保持率随着显气孔率的增大先增大再减小后趋于平缓。


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