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几种微粉对刚玉质浇注料结构与性能的影响研究

万洪波  
【摘要】: 以刚玉质浇注料为研究对象,通过分别添加不同种类的微粉(活性α-Al_2O_3微粉、α-Al_2O_3纳米粉、SiO_2超微粉和Al_2O_3/SiO_2凝胶粉),研究了含有不同微粉加入量的刚玉质浇注料经不用温度处理(110℃×24h烘干和1100℃×3h和1500℃×3h热处理)后的显气孔率,体积密度,孔径分布,永久线变化率等结构参数和常温抗折强度、耐压强度,高温抗折强度,抗热震性能等性能;用SEM分析了试样的显微形貌,用XRD分析了试样经不同温度处理后的物相组成,并研究了气孔结构对刚玉质浇注料强度的影响。 在刚玉质浇注料中添加适量活性α-Al_2O_3微粉或纳米Al_2O_3粉能促进材料的致密化,降低材料的显气孔率及气孔孔径,增大体积密度,从而改善材料在常温下的显微结构。添加适量微、纳米粉可促进材料的烧结,使材料结构变得致密,抗折强度和耐压强度得以提高。α-Al_2O_3微粉或纳米Al_2O_3粉的引入还能改善材料的高温抗折强度和抗热震性能。经过110℃、1100℃和1500℃热处理的试样,抗折强度与0.2μm的气孔孔径的关联度较大,耐压强度与0.5μm的气孔孔径的关联度较大。 添加Al_2O_3/SiO_2凝胶粉的刚玉质浇注料经110℃×24h烘干和经1100℃×3h和1500℃×3h热处理后,试样的显气孔率、抗折强度和耐压强度均随凝胶粉加入量的增加而增大,致密度随凝胶粉加入量的增加而减小。同时,Al_2O_3/SiO_2凝胶粉的加入使浇注料的高温抗折强度和抗热震性下降。在凝胶粉添加量为6wt%时,浇注料的高温抗折强度最小,抗热震性能最差。经110℃和1100℃处理后试样的抗折强度和耐压强度与0.2μm和0.5~1μm的气孔孔径的关联度较大;经1500℃热处理后的试样的抗折强度和耐压强度与1~3μm和9μm孔径的关联度较大。 在刚玉质浇注料中添加的SiO_2超微粉能有效地填充浇注料的空隙,使材料的孔径减小,显著降低材料的显气孔率,提高材料的体积密度。添加SiO_2超微粉能促进材料的烧结,使材料的致密化程度、抗折强度和耐压强度得以提高。SiO_2超微粉的加入增大了试样的高温抗折强度:在SiO_2超微粉加入量为6wt%时,试样的高温抗折强度达到最大值,但此时试样的抗热震性最差。研究还发现,45~90μm的气孔孔径区间对浇注料强度的影响最为显著,试样经相同温度热处理后,气孔孔径分布与浇注料抗折强度的关联度大于与耐压强度的关联度。随着热处理温度的提高,不同气孔孔径区间与浇注料耐压强度的总体关联度先增加,后减小;而与浇注料抗折强度的总体关联度则一直增加。


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