抗剝落高鋁磚是以高鋁礬土、鋯英石為原料,通過(guò)燒結(jié)制備出的高鋁磚。其屬于鋯莫來(lái)石磚的一種,具有良好的耐磨損性和抗熱震性,鋯英石的加入還提高了高鋁質(zhì)材料的抗堿侵蝕能力。
添加ZrO2對(duì)提高高鋁磚的熱穩(wěn)定性有明顯作用。研究表明,以高鋁礬土熟料為基本原料,以ZrSiO4的形式引入ZrO2,采用合理級(jí)配,添加少量外加劑,經(jīng)混煉、成型、燒成。
鋯英石的加入量為5%~15%,燒成溫度為1500℃,制成了性能很好的抗剝落高鋁磚,其性能見表。
抗剝落高鋁磚的顯微結(jié)構(gòu)特征為:ZrO2富集體周圍有明顯的裂紋,該集合體與周圍的剛玉、莫來(lái)石有明顯的“間隙脫皮”結(jié)構(gòu)與形貌。發(fā)育良好的ZrO2集合體呈棱柱狀,在空間形成層狀分布,ZrO2之間有極細(xì)小的裂縫,尺寸為1~5μm,形成溝道結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)亂層疊加,迂回曲折,有利于應(yīng)力的分散。莫來(lái)石發(fā)育良好,呈纖維狀,與ZrO2和剛玉在空間交錯(cuò)分布,形成復(fù)合增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
抗剝落高鋁磚的抗熱震機(jī)理是:ZrO2在高溫下發(fā)生單斜一四方相變,伴隨有4%~5%的體積膨脹,在ZrO2周圍產(chǎn)生微裂紋。這些微裂紋可使制品在受力過(guò)程中,主裂紋前端的應(yīng)力發(fā)生變化,吸收斷裂能。剛玉、莫來(lái)石等不同礦物相熱膨脹系數(shù)的差異引起熱脹冷縮失配而產(chǎn)生微裂紋。ZrO2顆粒與基體的熱膨脹系數(shù)失配,彈性模量失配,可使載荷重新分配,提高制品承載能力。ZrO2顆粒分散在基體中在一定程度上起釘扎作用,抑制了位錯(cuò)的滑移,提高了抗斷裂性。
在高鋁磚中加入鋯英石ZS后,ZS將和高鋁磚的剛玉相反應(yīng),形成莫來(lái)石A3S2和斜鋯石ZrO2。如果加入鋯英石少,則剛玉有剩余,材料基質(zhì)的礦物組成為Al2O3、ZrO2和A3S2。如果鋯英石加入多,則鋯英石有剩余,材料基質(zhì)的礦物組成為A2S3、ZrO2和ZS。
抗剝落高鋁磚已在水泥回轉(zhuǎn)窯和玻璃熔池上得到廣泛的應(yīng)用。
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