抗剥落高铝砖是以高铝矾土、锆英石為(wèi)原料,通过烧结制备出的高铝砖。其属于锆莫来石砖的一种,具有(yǒu)良好的耐磨损性和抗热震性,锆英石的加入还提高了高铝质材料的抗碱侵蚀能(néng)力。
添加ZrO2对提高高铝砖的热稳定性有(yǒu)明显作用(yòng)。研究表明,以高铝矾土熟料為(wèi)基本原料,以ZrSiO4的形式引入ZrO2,采用(yòng)合理(lǐ)级配,添加少量外加剂,经混炼、成型、烧成。
锆英石的加入量為(wèi)5%~15%,烧成温度為(wèi)1500℃,制成了性能(néng)很(hěn)好的抗剥落高铝砖,其性能(néng)见表。
抗剥落高铝砖的显微结构特征為(wèi):ZrO2富集體(tǐ)周围有(yǒu)明显的裂纹,该集合體(tǐ)与周围的刚玉、莫来石有(yǒu)明显的“间隙脱皮”结构与形貌。发育良好的ZrO2集合體(tǐ)呈棱柱状,在空间形成层状分(fēn)布,ZrO2之间有(yǒu)极细小(xiǎo)的裂缝,尺寸為(wèi)1~5μm,形成沟道结构。这种结构乱层叠加,迂回曲折,有(yǒu)利于应力的分(fēn)散。莫来石发育良好,呈纤维状,与ZrO2和刚玉在空间交错分(fēn)布,形成复合增强结构。
抗剥落高铝砖的抗热震机理(lǐ)是:ZrO2在高温下发生单斜一四方相变,伴随有(yǒu)4%~5%的體(tǐ)积膨胀,在ZrO2周围产生微裂纹。这些微裂纹可(kě)使制品在受力过程中,主裂纹前端的应力发生变化,吸收断裂能(néng)。刚玉、莫来石等不同矿物(wù)相热膨胀系数的差异引起热胀冷缩失配而产生微裂纹。ZrO2颗粒与基體(tǐ)的热膨胀系数失配,弹性模量失配,可(kě)使载荷重新(xīn)分(fēn)配,提高制品承载能(néng)力。ZrO2颗粒分(fēn)散在基體(tǐ)中在一定程度上起钉扎作用(yòng),抑制了位错的滑移,提高了抗断裂性。
在高铝砖中加入锆英石ZS后,ZS将和高铝砖的刚玉相反应,形成莫来石A3S2和斜锆石ZrO2。如果加入锆英石少,则刚玉有(yǒu)剩余,材料基质的矿物(wù)组成為(wèi)Al2O3、ZrO2和A3S2。如果锆英石加入多(duō),则锆英石有(yǒu)剩余,材料基质的矿物(wù)组成為(wèi)A2S3、ZrO2和ZS。
抗剥落高铝砖已在水泥回转窑和玻璃熔池上得到广泛的应用(yòng)。
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