燒結(jié)鋯質(zhì)耐火磚介紹

燒結(jié)鋯質(zhì)耐火磚包括鋯剛玉磚、燒結(jié)鋯英石磚、燒結(jié)鋯莫來(lái)石磚，下面請(qǐng)看詳細(xì)介紹。

燒結(jié)鋯剛玉磚的組成、性能及工藝流程

燒結(jié)鋯剛玉磚以鋯英石和氧化鋁為原料，ZrO2含量一般在20%以下。鋯英石和氧化鋁在1400?1450℃發(fā)生下列固相反應(yīng)：

3Al2O3+2ZrSiO4→3Al2O3·2SiO2+2ZrO2

實(shí)現(xiàn)由莫來(lái)石和斜鋯石(含部分t-ZrO2)構(gòu)成的兩相均勻分布的顯微結(jié)構(gòu)。該不可逆反應(yīng)亦被稱為原位反應(yīng)。反應(yīng)開(kāi)始溫度的實(shí)測(cè)值為1397℃;1400?1425℃和1500℃。盛緒敏等的研究結(jié)果指出，該反應(yīng)開(kāi)始溫度為1380℃，生成莫來(lái)石;溫度達(dá)1400?1420℃，反應(yīng)完全的體積效應(yīng)為?V+16.4%，即：

①生成物莫來(lái)石+t-ZrO2體積膨脹為?V+13.87%;

②當(dāng)t-ZrO2→m-ZrO2相變時(shí)的終體積效應(yīng)為?V+16.4%。

20世紀(jì)60年代，美國(guó)生產(chǎn)的原型燒結(jié)AZS制品，即依據(jù)ZrSiO4-Al2O3系反應(yīng)燒結(jié)原理。所用原料為鋯英石細(xì)粉、T-氧化鋁顆粒和煅燒氧化鋁細(xì)粉。借助于鋯英石和煅燒氧化鋁之間的反應(yīng)燒結(jié)而形成ZrO2-莫來(lái)石基質(zhì)，遂成3相材料。制品的ZrO2含量為19.5%、Al2O3為70.0%、SiO2為10.2%，表明原料很純且無(wú)其他添加物。依化學(xué)組成推算，鋯英石約占30%，與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石的體積效應(yīng)的理論值應(yīng)為?V+9.3%。按Claussen的試驗(yàn)估算為+3.4%。這是該產(chǎn)品強(qiáng)度偏低(14?16MPa)和顯氣孔率較高(15%?23%)的主要原因。

由于在反應(yīng)燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生較大的收縮-膨脹效應(yīng)，導(dǎo)致坯體變形和裂紋，所得燒結(jié)材料只能當(dāng)做半成品-預(yù)合成鋯莫來(lái)石骨料用。將其破碎、成形和燒成，始得以莫來(lái)石和斜鋯石為主晶相(含少量玻璃相)的燒結(jié)AZS制品。若配以燒結(jié)(或電熔)剛玉，可得三相制品。

為了使反應(yīng)完全和玻璃相含量不超過(guò)5%,Al2O3與ZrSiO4的摩爾比應(yīng)不小于1.5。有時(shí)還加入一定量的高嶺土，加入的量應(yīng)該符合莫來(lái)石的組成。

燒結(jié)AZS磚的顯微結(jié)構(gòu)特征是細(xì)小的(10μm以下)斜鋯石微粒均勻地分散在主晶相莫來(lái)石和剛玉間，形成致密的結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，含玻璃相少。它有一定量的氣孔(氣孔率小于20%)，但是沒(méi)有液相滲出現(xiàn)象。與電熔AZS磚相比，耐玻璃液侵蝕能力較差，但抗熱震性較好。

燒結(jié)鋯英石磚

在工業(yè)生產(chǎn)中，為了降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)廣泛采用價(jià)廉物美的鋯英石原料來(lái)制造燒結(jié)鋯英石磚。鋯英石(ZrSiO4)的結(jié)晶成正方晶系，晶形通常呈四角柱狀。顏色有紅紫、褐、黃、灰色等。鋯英石的理論組成為ZrO2:67.23%，SiO2:32.77%。鋯英石的熔點(diǎn)為2420℃，密度4.6~4.7g/cm3,莫氏硬度為7.5。

用于制造鋯英石磚的鋯英石原料，要求其純度達(dá)98%~99%，其中ZrO2的含量應(yīng)大于63%，雜質(zhì)含量越低越好。制造制品時(shí)，先將純凈的鋯英石細(xì)粉壓成坯塊，在1600℃左右煅燒，然后破粉碎、成型，終燒成。鋯英石自1540℃開(kāi)始緩慢離解，從1750℃起離解迅速，到1870℃時(shí)，離解量達(dá)到95%，離解產(chǎn)物為單斜結(jié)晶的氧化鋯和二氧化硅玻璃。伴隨離解的進(jìn)行，氧化鋯的變體膨脹也逐漸變得顯著。由于這個(gè)特點(diǎn)，鋯英石磚的終燒成溫度不超過(guò)1600℃。根據(jù)鋯英石坯體在燒成過(guò)程中的體積變化，在600℃以下的升溫速度應(yīng)緩慢，以利于坯體中的水分和有機(jī)物質(zhì)的排除;在600~1200℃之間，燒結(jié)尚未開(kāi)始，升溫可加快。在1200~1500℃之間，坯體發(fā)生劇烈的收縮，因此升溫速度應(yīng)緩慢。模壓法成型制造鋯英石磚時(shí)，需加入適當(dāng)?shù)闹蹌┖偷V化劑。配料一例為：電熔鋯英石顆粒料40%，鋯英石砂40%，鋯英石粉20%，另加入少量的氟化物。用糊精作結(jié)合劑，在高壓下成型。

由于鋯英石的價(jià)格比氧化鋯低廉，并且容易獲得天然原料，在結(jié)構(gòu)上不發(fā)生轉(zhuǎn)變，線膨脹系數(shù)低，抗熱震性也好，所以是一種很有使用價(jià)值的耐火材料。鋯英石磚可用作熔煉鉛、鉍等金屬及其合金的坩堝、鑄鋼盛鋼桶襯磚、水口磚以及熔化無(wú)堿玻璃的容器和熔池磚等。

燒結(jié)鋯莫來(lái)石磚

燒結(jié)鋯莫來(lái)石磚是采用工業(yè)氧化鋁和鋯英石精礦作為原料，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)工藝，把ZrO2引入莫來(lái)石基質(zhì)中制成的高性能耐火磚，其反應(yīng)方程式為：3A12O3十2ZrSiO4→3 A12O3·2SiO2+2ZrO2莫來(lái)石陶瓷具有很多良的特性，如耐高溫，抗熱震性，抗高溫蠕變及化學(xué)穩(wěn)定性好等良性能。將ZrO2引入莫來(lái)石陶瓷中，利用ZrO2的相變?cè)鲰g可以較大幅度地提高莫來(lái)石材料的高溫力學(xué)性能。ZrO2對(duì)莫來(lái)石材料有促進(jìn)燒結(jié)作用，ZrO2的加入，由于其低熔物的產(chǎn)生或空位的形成可以加速ZrO2材料的致密化燒結(jié)過(guò)程，當(dāng)ZrO2的摩爾分?jǐn)?shù)為30％時(shí)，在1530℃燒成的坯體其相對(duì)體積密度達(dá)98％，強(qiáng)度達(dá)到378MPa韌性達(dá)到4.3MPa·m1/2。不同組成的ZrO2材料，其強(qiáng)韌化機(jī)制不同。ZrO2的體積分?jǐn)?shù)為15％--30％時(shí)，ZrO2材料以應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g為主；ZrO2的體積分?jǐn)?shù)大于30％時(shí)，ZTM材料以微裂紋增韌為主。ZrO2粉末的粒徑對(duì)ZrO2材料的力學(xué)性能有很大的影響。ZrO2粒徑較大，ZTM材料基體中Z鼢大部分以m—ZrO2形式存在，材料以微裂紋增韌為主。ZrO2粒徑較小時(shí)，ZTM材料中t-ZrO3的相對(duì)含量較高，材料力學(xué)性能的提高主要源于t-ZrO3的相變?cè)鲰g。生產(chǎn)燒結(jié)鋯莫來(lái)石磚有兩種生產(chǎn)工藝：其一是在制耐火磚過(guò)程中完成反應(yīng)燒結(jié)，得到相變完全的顯微結(jié)構(gòu)；其二是部分相變而維持非平衡的相組合。兩種生產(chǎn)工藝各有特色，都能生產(chǎn)出性能良的耐火磚。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了降低耐火磚價(jià)格，往往使用高鋁礬土來(lái)替代工業(yè)氧化鋁，生產(chǎn)含鋯的莫來(lái)石磚。

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