本文關(guān)鍵詞：復(fù)合添加氮化硅和碳化硅對(duì)莫來石質(zhì)耐火材料性能的影響

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【摘要】：耐火材料是高溫技術(shù)不可或缺的基礎(chǔ)材料。耐火材料涉及鋼鐵、建材、有色金屬冶煉、機(jī)械、化工等多項(xiàng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。莫來石質(zhì)材料作為一種傳統(tǒng)的耐火材料,具有耐火度高、熱膨脹系數(shù)低、熱震穩(wěn)定性好、高溫抗蠕變性好、具有很高的耐磨性及耐剝落、抗侵蝕性等一系列良好的性能。但由于莫來石中[Si04]和[A104]四面體結(jié)構(gòu)基元的空間的排列會(huì)隨Al、Si比的變化而在其晶體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)不同程度的周期性的氧缺位,使得其晶格間的空隙較多,進(jìn)而導(dǎo)致莫來石材料的強(qiáng)度較低,影響了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。氮化硅和碳化硅均為重要的耐高溫硬質(zhì)材料,把氮化硅和碳化硅作為增強(qiáng)相制備莫來石基復(fù)合材料,則能顯著改善莫來石基復(fù)合材料的綜合性能。本文以莫來石、紅柱石、碳化硅、氮化硅為主要原料,以二氧化硅微粉為結(jié)合劑,以聚乙烯醇為粘結(jié)劑,在1450℃保溫400 min的燒成條件下,通過調(diào)整氮化硅和碳化硅的加入比例制備了復(fù)相耐火材料。對(duì)1450℃C下制備的復(fù)相耐火材料進(jìn)行顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度、燒后線變化率、荷重軟化溫度的測(cè)試;通過多晶X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜儀(EDS)等分析測(cè)試手段對(duì)復(fù)相耐火材料的微觀結(jié)構(gòu)、物相組成等進(jìn)行研究;將制備的復(fù)相耐火材料進(jìn)行熱震處理,觀察其裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展情況,并對(duì)熱震處理后的試樣進(jìn)行顯氣孔率、體積密度、耐壓強(qiáng)度的測(cè)試,綜合多種測(cè)試手段評(píng)價(jià)其抗熱震性。結(jié)果表明,在1450℃C下制備的復(fù)相耐火材料的顯氣孔率基本維持在15%左右,體積密度在2.45 g/cm3左右,燒后試樣產(chǎn)生了不同程度的膨脹,高溫抗折強(qiáng)度和荷重軟化溫度也分別能夠達(dá)到29.8 MPa和1560℃C,都表現(xiàn)出了較高的水準(zhǔn),且基本不受氮化硅和碳化硅加入比例的影響,但是,復(fù)相耐火材料的常溫耐壓強(qiáng)度隨著氮化硅含量的增加呈降低的趨勢(shì)。復(fù)相耐火材料在燒結(jié)過程中,氮化硅和碳化硅均發(fā)生了氧化,氧化后在材料表面形成一層黃褐色氧化產(chǎn)物,其主要為玻璃相；在復(fù)相耐火材料的截面出現(xiàn)致密層,且致密層的厚度隨著氮化硅含量的增加而減��；復(fù)相耐火材料內(nèi)部有大量纖維生成,它們是碳化硅和氮化硅在高溫低氧分壓的條件下氧化生成的氣態(tài)一氧化硅在向外擴(kuò)散的過程中遇氧形成的。在復(fù)相耐火材料中添加氮化硅能夠提高材料的抗熱震性能,且隨著氮化硅含量的增多,復(fù)相耐火材料的抗熱震性能越好。當(dāng)原料配方中的碳化硅全部被氮化硅替代時(shí),復(fù)相耐火材料的熱震十次后耐壓強(qiáng)度保持率能夠到達(dá)84%。
【關(guān)鍵詞】：莫來石 碳化硅 氮化硅 耐火材料 性能
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ175.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 耐火材料簡(jiǎn)介10
• 1.2 莫來石概述10-12
• 1.2.1 莫來石的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.2 莫來石的性能特點(diǎn)11
• 1.2.3 莫來石質(zhì)耐火材料的應(yīng)用11-12
• 1.3 碳化硅概述12-14
• 1.3.1 碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 碳化硅的性能特點(diǎn)13
• 1.3.3 碳化硅制品的應(yīng)用13-14
• 1.4 氮化硅概述14-16
• 1.4.1 氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)14-15
• 1.4.2 氮化硅的性能特點(diǎn)15-16
• 1.4.3 氮化硅制品的應(yīng)用16
• 1.5 紅柱石概述16-18
• 1.5.1 紅柱石的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)16-17
• 1.5.2 紅柱石的莫來石化17-18
• 1.5.3 紅柱石在耐火材料中的應(yīng)用18
• 1.6 碳化硅和氮化硅的氧化研究18-21
• 1.6.1 碳化硅與氮化硅的氧化順序及氧化產(chǎn)物18-20
• 1.6.2 SiO的生成條件20-21
• 1.7 耐火材料抗熱震性概述21-23
• 1.7.1 抗熱震性的相關(guān)定義21-22
• 1.7.2 抗熱震性的檢測(cè)方法22
• 1.7.3 改善熱震穩(wěn)定性的方法22-23
• 1.8 氧化物-非氧化物復(fù)合耐火材料23-26
• 1.8.1 氧化物-非氧化物復(fù)合耐火材料的特點(diǎn)23-25
• 1.8.2 氧化物-非氧化物復(fù)合耐火材料研究現(xiàn)狀25-26
• 1.9 本課題的研究目的及意義26
• 1.10 本課題的主要研究?jī)?nèi)容26-28
• 第二章 復(fù)相耐火材料的制備及性能研究28-40
• 2.1 引言28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原料28-31
• 2.2.1 顆粒料28
• 2.2.2 氮化硅粉料28-29
• 2.2.3 碳化硅粉料29
• 2.2.4 二氧化硅微粉29-30
• 2.2.5 粘結(jié)劑30-31
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器31-32
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法32-33
• 2.4.1 原料配比設(shè)計(jì)32
• 2.4.2 燒結(jié)工藝的選取32-33
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟33
• 2.5 實(shí)驗(yàn)的制樣設(shè)計(jì)及測(cè)試方法33-36
• 2.5.1 顯氣孔率和體積密度33-34
• 2.5.2 燒后線變化率34-35
• 2.5.3 常溫耐壓強(qiáng)度35
• 2.5.4 荷重軟化溫度35
• 2.5.5 高溫抗折強(qiáng)度35-36
• 2.6 結(jié)果與討論36-39
• 2.6.1 顯氣孔率和體積密度36
• 2.6.2 燒后線變化率36-37
• 2.6.3 常溫耐壓強(qiáng)度37-38
• 2.6.4 荷重軟化溫度38
• 2.6.5 高溫抗折強(qiáng)度38-39
• 2.7 本章小結(jié)39-40
• 第三章 復(fù)相耐火材料的物相及顯微結(jié)構(gòu)研究40-53
• 3.1 引言40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)儀器40
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法40-41
• 3.4 結(jié)果與討論41-52
• 3.4.1 表面氧化層的物相分析41-43
• 3.4.2 致密層和內(nèi)部的物相分析43-46
• 3.4.3 表面顯微結(jié)構(gòu)和能譜分析46-50
• 3.4.4 內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)和能譜分析50-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第四章 復(fù)相耐火材料的抗熱震性研究53-60
• 4.1 引言53
• 4.2 實(shí)驗(yàn)儀器53
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法53-54
• 4.4 結(jié)果與討論54-58
• 4.4.1 外觀54-55
• 4.4.2 氣孔率和體積密度55-57
• 4.4.3 常溫耐壓強(qiáng)度57-58
• 4.4.4 顯微結(jié)構(gòu)58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 第五章 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 在讀期間公開發(fā)表的論文64-65
• 致謝65

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