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致密锆英石制品与锆刚玉制品

作者:admin 发布日期: 2019-12-26 二维码分享

显气孔率11%的锆英石制品称为致密锆英石制品。致密锆英石制品的高温强度大,抗玻璃液侵蚀能力强,广泛用作玻璃熔窑的池底铺面砖及窑体上部结构,如:拱角砖、边角砖、胸墙砖、过渡砖、测温孔砖、观察孔砖等,还适合作为熔制玻璃纤维用的玻璃池窑熔池内衬。

玻璃熔窑用致密锆英石砖分为高致密型ZS-G和致密型ZS-Z两种牌号。JC/T495-92(96)对玻璃熔窑用致密锆英石砖的理化性能要求见表16-3.


高致密,低气孔率的锆英石砖,一般采用全细粉,用浇注法成型或等静压成型,高温烧成的工艺制造。

锆英石精矿的粒度一般小于0.125mm,(例如

0.125~0.088mm14.2%0.088~0.066mm24.6%,小于0.066mm61.2%),如果粒度分布合适,可直接用作等静压成型的原料,否则需经磨细加工,喷雾干燥造粒,再用等静压成型。

等静压成型.大的特点是泥料各部分受压均匀且压力很高,这样得到的坯体密度高且均匀,从而使坯体在烧成过程中的变形和收缩大为减少,也不会出现一般成型方法成型的坯体因密度差产生压力而导致烧成裂纹。另外,等静压成型的加压操作简单,成型压力调节方便,成型用的橡胶或塑料模具制造方便,可反复使用;泥料中可不用或少用临时结合剂,有利于提高坯体密度,优质致密锆英石砖,通常都采用湿袋发冷等静压机成型,成型压力为180~250MPa.

TiO2作为烧结剂,加入量0.5%~1.5%,用TiO2+Al2O3+MgO复合添加剂效果更好,制品烧成温度为1500~1600℃.致密锆英石砖的理化性能指标见表16-4.


采用锆英石砂为原料,经振动磨、球磨机粉碎、泥浆加压浇注成型,高温烧成制得致密锆英石砖,其体积密度(g/cm3)分别为3.8~4.04.0~4.2,显气孔率(%)分别为5~100.5~2.0,该制品先后在许多玻璃厂的无碱球窑上使用,效果良好。

致密锆英石砖的优点是抗玻璃液侵蚀性好,不会在玻璃中形成气泡、结石、斑痕等缺陷,主要用在与玻璃液接触的部位,尤其是熔制含碱量小于5%的玻璃纤维窑和熔制各种硼硅酸盐玻璃的窑,除作澄清部铺面砖外,还可以做料道盖。在“E”玻璃窑中,做铺面砖或做后墙及投料口周围的材料。

锆刚玉制品

采用工业ZrO2Al2O3为原料,通过超细粉碎,严格控制粉末粒度,用常规工艺,可制得高强度、高韧性的ZrO2-Al2O3复相陶瓷,是一种高级耐火材料。

研究结果表明:在ZrO2基体中添加Al2O3,可有效地抑制ZrO2晶粒生长,有利于使ZrO2晶粒以亚稳四方相存在,从而提高材料的强度和断裂韧性。Al2O3质量分数为20%时,复相陶瓷的抗弯强度达到676.7MPa,断裂韧性达到10MPa/m2。相变增韧和颗粒弥散增韧作用相互叠加,提高了复相陶瓷材料的力学性能。

采用热分解法制备Al2O3微粉,用化学共沉淀法制备ZrO2超细粉,通过适当工艺制备出ZrO2/Al2O3复相陶瓷。认为添加Al2O3可抑制ZrO2晶粒的长大,提高基质的强度和韧性。当Al2O3的质量分数达到30%时,在1600烧成的复相陶瓷的抗弯强度为968MPa,断裂韧性为13.7MPa/m2.

在刚玉质耐火材料中加入ZrO2,制成刚玉-氧化锆复合材料,这是相变强化、增韧以及微裂纹增韧理论在耐火材料中应用的范例。刚玉-氧化锆试样在烧成冷却时,ZrO2发生相变,在材料内部形成一定数量的微裂纹,有利于材料机械强度的提高和韧性的增加。当ZrO2的外加量较少时,材料中的微裂纹数量不多,对刚玉质耐火材料的强度影响不大;当外加量太高时(如达到质量分数9%以上),由于材料中微裂纹数量较多,导致材料的抗折强度下降。

用刚玉、合成莫来石和单斜ZrO2作原料,配合料用等静压成型,在1650~1700烧成。试样的抗折强度随温度变化的规律为:强度先于温度并增,直至转折温度后,再随温度升高而下降,这是由于不同晶相之间热膨胀失配以及微裂纹的局部弥合的结果。转折温度在800~900,由于ZrO2马氏体相变,在1000~1200都有“谷”的特征,谷底在1100.

ZrO2的加入量对试样的高温力学性能和显微结构有明显的影响。在低温阶段(20~800),加入ZrO2后的强度变化取决于显微结构的两方面因素——结构骨架强度与微裂纹密度,一般以后者为主。当ZrO215%时,均匀弥散的ZrO2填充在刚玉——莫来石骨架里,起一定强化作用,但由于马氏体相变产生的微裂纹所引起的弱化作用超过这种强化作用,因此强度降低。ZrO2量增到20%~35%时,结构骨架有所弱化,同时微裂纹密度增大,所以强度继续下降。ZrO2加入量达到40%以上,结构骨架强度有明显改善,故强度稍有回升。

1300~1500高温阶段,微裂纹大部分已弥合、钝化,所以对强化已基本不起作用。这时决定强度变化是结构骨架强度和晶界固溶强化作用。随着ZrO2加入量增加晶界固溶强度作用增大,还有少量ZrO2可能进入晶界玻璃相,能提高黏度,也起一定的强化作用。

ZrO2增韧Al2O3陶瓷中,ZrO2粒子是用机械混合研磨的方法引入的。在烧结过程中,两种物质间并不发生反应或复合,只是在高温下靠表面蒸发扩散和界面扩散而达到致密化,属于固相烧结。ZrO2的加入有促进烧结作用,而且当烧结时间延长时,又能阻碍Al2O3晶粒的长大,提高制品的高温力学性能。

在锆刚玉中加入2%TiO2TiO2优先与ZrO2形成固熔体,但固熔体的生成未阻止ZrO2的晶形转变,ZrO2仍以m-ZrO2为主晶相存在。TiO2促进了Al2O3ZrO2晶粒的发育,使材料的气孔率增大,强度下降。TiO2的加入降低了锆刚玉的高温线膨胀率,但热膨胀率与温度不是均匀的直线关系,曲线在1100出现极大值。

Al2O3陶瓷中加入ZrO2制备Al2O3/ZrO2烧结材料,因具有优良的力学和热力学性能,近年来受到普遍重视。该系列陶瓷材料硬度高,韧性好,耐磨性优。可用于制造刀具、塞规、滑动轴承等。在冶金工业上用作滑动水口的滑板材料。对Al2O3-ZrO2材料的一系列理论研究,也为制造优质Al2O3-ZrO2-C材料打下了良好的基础。

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