剛玉-莫來(lái)石復(fù)相陶瓷推板的研制與應(yīng)用.pdf

1、剛玉-莫來(lái)石復(fù)相陶瓷既具有莫來(lái)石相熔點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)低、抗蠕變、抗熱震等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有剛玉相彈性高、耐磨、抗化學(xué)侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)；而且莫來(lái)石與剛玉原料豐富、性價(jià)比高，被認(rèn)為是當(dāng)今最有發(fā)展前途的高溫抗熱震陶瓷材料。剛玉-莫來(lái)石復(fù)相陶瓷推板作為制備陶瓷器件用的輔助材料，有著廣闊的應(yīng)用前景。目前剛玉-莫來(lái)石質(zhì)復(fù)相陶瓷的研究主要集中在常溫條件下的宏觀性能方面，不同研究者得到的性能差異較大、穩(wěn)定性較差。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的抗熱震性和蠕變性能與國(guó)外產(chǎn)品相

2、差無(wú)幾，但使用壽命方面仍有一定的差距。因此有必要對(duì)影響剛玉-莫來(lái)石復(fù)相陶瓷推板性能的因素進(jìn)行深入的系統(tǒng)研究，提高產(chǎn)品使用壽命和可靠性。 本文全面論述了剛玉-莫來(lái)石復(fù)相陶瓷的研究概況、發(fā)展趨勢(shì)以及使用當(dāng)中存在的問題，針對(duì)材料在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的失效現(xiàn)象，以抗熱震性理論和蠕變機(jī)制為基礎(chǔ)，綜合分析失效產(chǎn)生的影響因素。在此基礎(chǔ)上，利用熱膨脹失配機(jī)制，以剛玉和莫來(lái)石為復(fù)合顆粒料，以氧化鋁粉和無(wú)定型硅微粉為粉料，以硅鋁凝膠為結(jié)合劑，在16

3、00℃高溫條件下燒成試樣。從原料選擇、組分配方、制備工藝、應(yīng)用過程中損毀機(jī)理、顯微結(jié)構(gòu)各個(gè)方面都進(jìn)行了深入的研究。 在原料方面，以板狀剛玉和電熔莫來(lái)石為骨料，板狀剛玉強(qiáng)度高，顆粒表面粗糙，可以在復(fù)相陶瓷當(dāng)中起到網(wǎng)絡(luò)骨架作用；電熔莫來(lái)石純度高，晶粒發(fā)育良好，表面光滑，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行表面粗化處理。采用的氧化鋁粉和無(wú)定型硅微粉具有較高的反應(yīng)活性，有利于高溫下反應(yīng)生成莫來(lái)石，提高結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)緊密度。用硅鋁凝膠作為結(jié)合劑能夠增強(qiáng)顆粒與粉料之間的結(jié)

4、合，而且能在不引入其他雜質(zhì)的情況下生成莫來(lái)石。 在剛玉與莫來(lái)石的質(zhì)量比為3/1的條件下，根據(jù)粒度組成計(jì)算公式和連續(xù)堆積理論，以正交試驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定不同大小顆粒之間的級(jí)配和不同組分的含量，得出最優(yōu)的組分配方，制得樣品的體積密度和氣孔率分別為2.68g/cm3和14.97％。在制備工藝過程中，混料時(shí)顆粒料先與結(jié)合劑混合，然后再加入混合均勻的粉料，使粉料依靠結(jié)合劑充分包裹在顆粒表面，使顆粒相互之間產(chǎn)生了一定的緩沖作用，一方面有利于克服

5、成型過程大顆粒的破碎，另一方面使顆粒之間的空隙有效的被粉料填充。經(jīng)過24小時(shí)困料，在摩擦壓機(jī)上成型，1600℃燒成后樣品的抗Ⅰ折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度分別能達(dá)到11.3MPa和108.5MPa。提高燒結(jié)溫度可使基質(zhì)中顆粒結(jié)晶程度增大，并且產(chǎn)生晶粒長(zhǎng)大過程。在滿足使用強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡可、能的減小推板的尺寸，以降低使用過程中由于溫度差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，在推板中間開縫，可以降低熱應(yīng)力。 推板的實(shí)際使用過程中溫度和應(yīng)力是一直變化著的，是連續(xù)不斷

6、的循環(huán)過程。在常溫條件下，斷裂過程受裂紋擴(kuò)展過程控制，推板強(qiáng)度隨著加載速率的增加而增加。在高溫條件下，蠕變過程會(huì)引起推板變形和裂紋產(chǎn)生，應(yīng)力存在時(shí)會(huì)對(duì)裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展產(chǎn)生影響。用抗熱震斷裂因子對(duì)抗熱震性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，第一熱應(yīng)力因子對(duì)衡量水冷抗折強(qiáng)度保持率比較合適，結(jié)合到具體的使用過程，可用抗熱震損傷參數(shù)能對(duì)使用壽命進(jìn)行衡量。結(jié)合實(shí)際使用過程的失效準(zhǔn)則，一方面由于玻璃相的作用，在使用一段時(shí)間后推板在應(yīng)力平行方向上產(chǎn)生收縮，在應(yīng)力垂直方向上膨