第28卷第3期 硅 酸 盐 通 报 Vol .28 No .3 2009年6月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY June,2009 基质中A l 2O 3/S iO 2对高铝矾土2莫来石2碳化硅质浇注料性能的影响马小斌,高里存,钟黎声,周 婷(西安建筑科技大学材料科学与工程学院,西安 710055)摘要:研究了基质中A l 2O 3/Si O 2对高铝矾土2莫来石2碳化硅质浇注料的组成和性能的影响。
借助SE M 、E DX 和XRD 分析了浇注料的显微结构及晶相组成。
实验结果说明掺入适当比例的氧化铝微粉(α2A l 2O 3)、亚白刚玉细粉(<0.074mm )和氧化硅微粉,使细粉中A l 2O 3/Si O 2比达到2.74左右,有利于系统中原位合成莫来石的反应生成,能较好的改善浇注料的性能,尤其是力学性能。
关键词:原位合成;莫来石;浇注料中图分类号:T Q174文献标识码:A文章编号:100121625(2009)0320594205Effect of A l 2O 3/S iO 2i n M a tr i x on Properti es of A lu m i n i um Baux ite 2m ullite 2carborundu m Ca stableMA X iao 2bin,GAO L i 2cun,ZHON G L i 2sheng,ZHOU Ting(College ofMaterials Science and Engineering,Xi’an University of A rchitecture and Technol ogy,Xi’an 710055,China )Abstract:I n this paper,effect of A l 2O 3/Si O 2in matrix on constitutes and p r operties of alum inium bauxite 2mullite 2carborundum castable had been studied .M icr ostructure and phase compositi on were perf or med by SE M ,EDX and XRD.The results revealed that,it can be favorable t o the reacti on of in 2situ synthesize mullite in syste m which can i m p r ove the p r operties of castable,es pecially mechanical p r operty,when the rati o of A l 2O 3/Si O 2up t o 2.74via additi on of α2A l 2O 3,sub 2white corundum fine powder and silica powder in p r oper p r oporti on .Key words:in 2situ synthesize;mullite;castable基金项目:陕西省重点学科建设专项资金资助项目作者简介:马小斌(19812),男,硕士研究生.主要从事高温结构陶瓷方面的研究.E 2mail:21585676@qq .com1 引 言随着我国水泥工业的结构调整,近几年,大、中型新型干法水泥窑得到了大力发展,同时也对水泥窑用耐火浇注料提出了更高的要求[1]。
刚玉和碳化硅因强度高、耐磨性好、高温性能优异,而成为水泥窑用耐火浇注料的优质原料。
但由于刚玉和碳化硅烧结性能差,采用普通结合剂会使产品的高温性能降低。
如采用铝酸钙水泥作为结合剂时,低温结合强度较好,但中、高温热处理后强度差[2]。
因此本试验采用氧化硅微粉、亚白刚玉细粉、氧化铝微粉和莫来石微粉作为基质,并掺加高铝水泥作为结合剂,旨在研究基质中A l 2O 3/Si O 2对浇注料性能的影响,尤其是对中高温热处理后的强度的影响。
第3期马小斌等:基质中A l2O3/Si O2对高铝矾土2莫来石2碳化硅质浇注料性能的影响5952 试 验2.1 原 料骨料采用粒度8~5、5~3、3~1mm的特级铝矾土(A lO3≥90%)和粒度≤1mm的烧结莫来石(J MS2270);基质料采用粒度≤0.088mm的碳化硅粉(Si C≥97%)、粒度≤0.074mm的莫来石粉、亚白刚玉粉(w(A lO3)≥97%)、Si O2微粉和α2A l2O3微粉;以铝酸钙水泥为结合剂;分散剂采用六偏磷酸钠(SHP)。
主要2原料的化学组成见表1。
表1 主要原料的化学组成Tab.1 Che m i ca l co m positi on s of ma i n st arti n g ma ter i a ls wt% Component A l2O3Si O2Fe2O3R2O Ca O Ti O2Si C Special grade bauxite92.252 1.610.320.4122Sintered mullite72.2026.150.710.35222 V ice2white97.050.540.310.200.220.752 uf2Si O20.3592.50.2120.2522α2A lO399.010.040.06220.0122Si C0.3120.1422297.03 Calcium alum inate cements68.620.720.160.0829.5222.2 试样制备及性能检测浇注料试样中骨料和细粉的质量比为65∶35,掺加5%的水和0.2%的六偏磷酸钠。
具体配比见表2。
根据配比称量物料,混合均匀后制成40mm×40mm×160mm的试样。
常温下养护24h,经110℃×24h干燥,然后将试样于1100℃×3h和1500℃×3h烧结,分别按Y B/T5203293、Y B/T5200293和Y B/T5201293测量烧后试样的线变化率、显气孔率、抗折强度、耐压强度和体积密度。
并对试样做SE M和E DX检测分析。
表2 浇注料试样的配比Tab.2 For m ul a s of spec i m en s wt% Numbers S1S2S3S4 Special grade bauxite(1~8mm)55555555Sintered mullite(0~1mm)10101010 Si C(<0.074mm)10101010 Sintered mullite(<0.074mm)9630A lum ina powder7101316Silicon di oxide powder5555Calcium alum inate ce ments4444A l2O3/Si O2in matrix 1.48 2.11 2.74 3.37 (注:由于铝酸钙水泥中的A lO3以铝酸盐形式存在,因此计算基质中A l2O3/Si O2时没有考虑铝酸钙水泥)23 结果与讨论3.1 基质中A l2O3/S i O2对浇注料体积密度和显气孔率的影响不同条件下处理后试样的体积密度和显气孔率见图1、图2。
可以看出:随着细粉中A lO3/Si O2比的增大,经110℃×24h、1100℃×3h和1500℃×3h热处理后2试样的体积密度逐渐增大。
总的趋势是:随着热处理温度的升高浇注料的体积密度增大,随着A lO3/Si O22的增大体积密度增大。
其中基质中A lO3/Si O2从1.48增大到2.11时体积密度增加比较平缓,而从2.11增2大到2.74时增幅最大,再增加到3.37时增幅又趋于平缓。
这可能是由于当氧化铝粉加入量达到13%后浇注料基质中A lO3/Si O2为2.74,有利于原位莫来石的生成。
由图2可以看出,随着基质中A l2O3/Si O2增大2显气孔率变化不大,110℃×24h热处理后显气孔率最低,1500℃×3h热处理后显气孔率居中,1100℃×3 研究快报硅酸盐通报 第28卷596h热处理后显气孔率最大。
这可能是由于浇注料中加入了4%的铝酸钙水泥作为低温结合剂,且浇注料颗粒级配合理使浇注料密实,显气孔率较低。
经1100℃×3h后,浇注料基质中的A lO3微粉与Si O2微粉反应2和生成莫来石、局部开始烧结气孔增多。
1500℃×3h热处理后由于浇注料中Si C颗粒表面氧化生成Si O2CO2气体,新生成的Si O2阻塞了部分气孔形成闭气孔,及原位合成莫来石的生成引起的体积膨胀,使得显气孔率降低。
3.2 基质中A l2O3/S i O2对浇注料线变化率的影响图3所示为不同温度下热处理后试样的线变化率。
从图中可以看出:1100℃×3h热处理后各试样都产生了微小的收缩,并且收缩量差别不大;1500℃×3h热处理后各试样表现为膨胀,这是由于部分Si C氧化发生膨胀反应所致,并随着基质中A lO3/Si O2的增大,膨胀量减小。
浇注料基质中A l2O3/Si O2为2.74和23.37的试样的膨胀量最小且基本相等,这可能是由于在这两个试样中含有更多的原位生成莫来石,一方面合成莫来石引起体积膨胀可封闭部分气孔,另一方面这些原位生成莫来石阻止了部分Si C的氧化。
3.3 基质中A l2O3/S i O2对浇注料常温抗压强度和抗折强度的影响不同温度热处理后试样的抗压强度和抗折强度见图4、图5。
可以看出:随着基质中A lO3/Si O2的增大,1100℃×3h和1500℃×3h热处理后试样的常温抗折强度2和常温抗压强度呈逐渐增大的趋势;而110℃×24h处理后试样的常温抗折强度和常温抗压强度变化不大。
这可能是由于在低温状况下,浇注料的力学性能主要取决于其低温结合剂,4个试样中都掺加了4%的铝酸钙水泥,因此低温强度相差不大。
1100℃×3h热处理后试样的常温抗折强度和常温抗压强最高。
这主要是由于浇注料中掺加的氧化铝微粉、亚白刚玉细粉和氧化硅微粉在1100℃反应生成莫来石,这些原位合成针状莫来石纵横交错形成网络结构[3]。
使得浇注料具有很高的强度。
尤其是浇注料基质中A lO3/Si O2达2到2.74后,浇注料的力学性能更为优异。
1500℃×3h热处理后S试样的常温抗折强度达16.8MPa、常温3 第3期马小斌等:基质中A l 2O 3/Si O 2对高铝矾土2莫来石2碳化硅质浇注料性能的影响597 抗压强度达158.0MPa,线变化率0.23,主要是原位合成莫来石发育长大,主晶相与基质间结合紧密,形成较好的陶瓷结合,气孔率仅13.5%,说明其烧结良好。