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        不同結合劑對莫來石-碳化硅澆注料性能的影響
        來源: | 作者:207huailin | 發布時間: 2020-03-14 | 700 次瀏覽 | 分享到:
        對干熄焦爐斜道支柱耐火材料損毀分析可知,提高耐火材料的抗折強度及抗熱震性能是延長其使用壽命的有效途徑。在莫來石-碳化硅澆注料中引入鋼纖維進行增強增韌,


        對干熄焦爐斜道支柱耐火材料損毀分析可知,提高耐火材料的抗折強度及抗熱震性能是延長其使用壽命的有效途徑。在莫來石-碳化硅澆注料中引入鋼纖維進行增強增韌,提高其使用壽命。而結合劑種類對耐火澆注料的施工性能與使用性能至關重要,本文以純鋁酸鈣水泥(Secar71)、硅溶膠和鋁硅凝膠粉三種結合劑對澆注料結構與性能的影響,以確定合適的結合劑。實驗配方見表1,研究分別以純鋁酸鈣水泥(Secar71)、硅溶膠和鋁硅凝膠粉為結合劑對莫來石-碳化硅澆注料的影響。

        1、常規物理性能
        可以看出,在110℃烘干后和1000℃熱處理后,鋁酸鈣水泥結合的試樣顯氣孔率最小,體積密度最大,說明水泥結合的澆注料流動值最好,有利于試樣成型;鋁酸鈣水泥結合試樣在850℃時大量脫水使得顯氣孔率增加,體積密度降低,1000℃熱處理后試樣燒結收縮,致密度增大。

        不同結合劑對材料抗折強度的影響

        可以看出,不同結合劑的試樣常溫抗折強度和常溫耐壓強度都隨著熱處理溫度的升高而提高;在110℃烘干后,鋁酸鈣水泥結合的試樣抗折強度最高,為7.5MPa,鋁硅凝膠粉結合的試樣強度最低,這說明水泥與水發生化學反應而凝固、硬化并獲得的強度最高,最有利于耐火澆注料的施工安全。850℃熱處理后,三種結合劑的試樣常溫抗折強度差別不明顯,鋁酸鈣水泥結合的試樣常溫耐壓強度最高,為53.6MPa;1000℃熱處理后,鋁酸鈣水泥結合的試樣常溫抗折強度最大,為14.3MPa,鋁硅凝膠粉結合的試樣常溫耐壓強度最大,為70.2MPa。說明鋁酸鈣水泥水化后產生的一鋁酸鈣CA、二鋁酸鈣CA2、和七鋁酸十二鈣C12A7等物相具有較高的結合強度;鋁硅凝膠粉中納米Al2O3和SiO2反應生成莫來石結合相,能提高澆注料的強度。

        2、孔徑分布

        從圖5、6可以看出,1000℃熱處理后,鋁酸鈣水泥結合試樣(A組試樣)的平均孔徑為0.23μm,中位徑為0.74μm,其孔徑分布最集中(0.01μm~2μm);硅溶膠結合的試樣(B組試樣)的平均孔徑最小,為0.13μm,中位徑為0.40μm,其孔徑分布較廣(0.01μm~4μm);鋁硅凝膠粉結合的試樣(C組試樣)的平均孔徑最大,為0.28μm,中位徑為0.77μm,其孔徑分布范圍為(0.01μm~6μm),但孔徑集中分布在(0.01~1μm)之內。

        從圖7可以看出,硅溶膠結合的試樣高溫抗折強度最高,為13.7MPa,水泥結合的試樣與鋁硅凝膠粉結合的試樣高溫抗折強度則較低,分別為7.8MPa、8.3MPa。這是因為硅溶膠中納米SiO2會在試樣中形成硅氧網絡結構,而且反應活性極高,在1000℃時極易與活性α-Al2O3微粉反應形成莫來石網絡結構,提高了試樣的強度;鋁硅凝膠粉中SiO2含量較少,其試樣在1000℃形成莫來石網絡結構不如硅溶膠結合的試樣牢固,高溫抗折強度較低;鋁酸鈣水泥中含有一定量的CaO,容易在高溫下與材料中的SiO2和Al2O3形成3CaO×Al2O3、2CaO×Al2O3×SiO2等低熔點物相,在高溫下變成液相,降低了試樣的高溫抗折強度。

        3.2.4熱震穩定性

        從圖8、9可以看出,硅溶膠結合的試樣殘余抗折強度最高,為7.8MPa,鋁硅凝膠粉結合的試樣殘余抗折強度最小,為5.3MPa,鋁酸鈣水泥結合的試樣殘余抗折強度和抗折強度保持率都較高。鋁酸鈣水泥結合的試樣與硅溶膠結合的試樣抗熱震性能較好的原因可能分別是集中的孔徑分布和硅氧網絡結構。在非均質多相耐火材料內部,由于各相物質熱膨脹系數的差異,使得材料在熱膨脹失配過程中產生大量的微裂紋,材料內部的微裂紋不僅能吸收彈性應變能,降低主裂紋擴展驅動力,而且將裂紋尖端集中的應力進行分散,消耗裂紋擴展的能量,有利于提高材料的抗熱震性能。

        5、耐磨性能

        不同結合劑的試樣經1000℃燒成后進行耐磨試驗,結果如圖10所示??梢钥闯?,鋁酸鹽水泥結合的試樣與鋁硅凝膠粉結合的試樣磨損量較小,其中鋁酸鹽水泥結合的試樣磨損量最小,為3.75cm3,硅溶膠結合的試樣磨損量最大,為7.58cm3。對于包含骨料與基質的非均質耐火材料而言,沖刷磨損一般先將基質沖刷掉,使得突出的孤島狀顆粒成為磨損的重點,顆粒脫落后,形成裂紋,加劇周圍基質的進一步損毀。鋁酸鹽水泥結合的試樣致密度較高,SiO2微粉與水泥水化物之間形成Si-O-Al結合鍵,基質結合緊密,耐磨性較好;鋁硅凝膠粉結合的試樣中納米Al2O3與SiO2反應生成莫來石基質,能提高耐磨性能;硅溶膠結合的試樣基質中由于存在大量微裂紋,不利于抗沖刷磨損。

        6、顯微結構分析

        從圖11可以看出,經1000℃熱處理后,鋁酸鈣水泥結合的試樣中基質與骨料之間結合最為緊密,這就是試樣致密度較高、強度較高、耐磨性較好的原因,同時基質中含有大量微裂紋,所以試樣的孔徑分布集中和熱震穩定性較好;硅溶膠結合的試樣中存在大量空隙及微裂紋,這就是試樣顯氣孔率高、孔徑分布廣和耐磨性差的原因,同時試樣中存在大量硅氧網絡結構,所以試樣的高溫抗折強度高和抗熱震性能好;鋁硅凝膠粉結合的試樣中骨料與基質結合狀態較好,基質中存在大量柱狀莫來石網絡結構,使得試樣具有較好的力學性能和耐磨性能。


        (a)水泥結合試樣(b)硅溶膠結合試樣(c)鋁硅凝膠粉結合試樣



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