水口耐火材料耐急冷急热性能影响分析,由耐火材料厂家搜集分享。
抗热震性是衡量水口耐火材料高温使用效果的一项重要指标,水口的热震稳定性差,是定径水口炸裂的重要原因。
影响氧化锆陶瓷耐火材料抗热震性的两个最重要因素是氧化锆的热膨胀行为和相变特征。通过改变ZrO2的固溶组成和颗粒粒径分布来控制调整相变,一方面从宏观上改善材料的热膨胀行为,另一方面利用相变体积效应在材料内形成适址的微裂纹,提高其耐火材料的抗热震性能。
1.水口耐火材料相组成的影响:
相组成是决定氧化锆定径水口热震稳定性的重要影响因素,有关研究实验证明:由30%单斜相和70%立方相组成的氧化锫试样的热震稳定性最好。
还有研究证明以斜锆石和电熔部分稳定氧化锆(PMD、PCD)为原料,通过合理控制颗粒级配和优化工艺参数,氧化锆的稳定化率达到70%左右,烧成温度为1720℃保温6h后,可得到热震稳定性不小于5次的锆质定径水口。
根据当前公认的理论,氧化锆中立方相/单斜相的比例为70/30时制品的热震稳定性最好,然而实际使用中制品热震稳定性并不是很理想,时常有炸裂现象发生。
据有关文献的结论是立方相的含量在30%(体积分数)左右时,氧化锆颗粒呈柱状结构并交错分布,样品耐压强度、抗热震次数分别可达立方相含量过大或者过小的2倍和42倍。
适量增加单斜氧化锆的数量,制品的热震稳定性会有明显改善,但常温及高温强度都会有所下降。产生的原因是单斜锆在基质中经历烧成一冷却过程时会产生单斜一立方之间的相变,伴随有剧烈的体积变化。
其数量越多,对结构的破坏就会越严重。当其数量较少时,会在基体中形成众多细小的裂纹,产生微裂纹效应,使得制品裂纹扩展受到抑制,这样就提高了热震稳定性。但微裂纹如果形成太多,就会产生结构缺陷而使基体的强度受到影响。
2.水口耐火材料热处理的影响:
合适的热处理工艺能够松弛材料裂纹尖端附近的集中应力,减弱应力场强度因子,增加脆断阻力,在一定程度上提高材料的性能。R.H.J.Hannink等人很早就对Mg-PSZ在1400℃热处理时间与显微结构的关系进行了较系统的研究。安胜利等人研究讨论了热处理后MgO-PSZ陶瓷的相变规律及其对热膨胀的影响。
烧结温度和热处理条件对MgO-PSZ耐火材料热膨胀特性的影响是明显的。在460~30℃和1150~1180℃产生的单斜→四方相变引起了体积收缩。
当在合适的条件下热处理时,MgO-PSZ陶瓷耐火材料在460~830℃产生体积收缩,导致线膨胀系数降低和在1150~1180℃时的体积变化减小,这是改善MgO-PSZ陶瓷耐火材料热震稳定性的重要原因。
通过1100℃热处理调节部分稳定氧化锆材料中单斜相和四方相的比例,使其具有最佳的热震稳定性,热处理温度过高,热处理时间过长,会发生相变,导致强度下降,且对相变增韧作用不利。
此外,在水口生产制备过程中,采用缓慢降温,目的是保证水口不因降温速度过快而炸裂。根据氧化锆晶型转变特点可知,冷却时在850~1000℃温度段,四方相会转变成单斜相。水口生产制备时,缓慢降温的过程恰好为四方相向单斜相转变提供了条件。
然而四方相的缺失,使得四方相与单斜相之间的马氏体相变增韧作用减弱,影响水口的使用周期。因此,生产过程中在保证水口不开裂的前提下,可适当加快降温速度以保证四方相的存在。
3.水口耐火材料添加剂的影响:
有研究表明CeO2对氧化锆定径水口热震稳定性有较明显的影响,同时也得出氧化锆稳定化率在70%左右,且含有部分单斜氧化锆微晶时,制晶的抗热震性能最好。