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玻璃工业用烧结高锆耐火材料

[发布时间:2020-06-30 10:25:32 ][阅读次数:523次]

玻璃熔池需要耐高温、耐侵蚀的长寿命材料。这种高温应用领域的常用典型耐火材料是熔铸锆刚玉(AZS,40% ZrO2)和氧化锆(>80%),具有显气孔率(<0.7%)低,体积密度大。熔铸工艺制备耐火砖的微观结构因表面和中心的不同而不同,通常含有收缩的气孔。具有高显气孔率(~20%)的烧结AZS耐火材料也用于玻璃加工。美国康宁公司的技术人员制备出了烧结高锆耐火材料,并将其性能与商业化熔铸耐火材料进行了比较。氧化锆耐火材料制备的混合前驱体组成如表1所示。具体过程:将去离子水(11.5%)和氧化铝在搅拌机中充分混合10 min,形成泥浆,接着逐步添加氧化硼和硅灰,在每次添加前,混合10min。加入硝酸(去离子水稀释成50:50)使泥浆液pH值约为3.5。在泥浆中加入氧化锆,连续搅拌,直到氧化锆分布均匀。将混合好的料浆从室温加热至40~80℃(烘箱)干燥,然后过100目的筛。干燥好的粉体单轴加压压制成条状试样,也可以采用等静压和挤压成型。试样烧成制度:25~1000 ℃加热速率50 ℃/h,在1000~1700 ℃,加热速率为25 ℃/h,在1700 ℃保温6~48h,在1700-1300℃,冷却速率控制为50-200 ℃/h,1300~1000℃冷却速率为25 ℃/h,25~1000 ℃冷却速率为50 ℃/h。

测定烧结试样(BZR)的各种性能(比重、显气孔率、抗折强度、XRD和热导率),并与工业熔铸氧化锆(Scimos CZ)进行了比较。制备的烧结氧化锆耐火材料和商业熔铸氧化锆试样(Scimos CZ)进行静态侵蚀试验。将带有玻璃-碎玻璃坩埚和耐火材料试样分别放置在熔炉中,并预热至1660℃,充分保温一段时间后,将耐火材料试样放置在坩埚的中心,并在此温度下保温3天。试验后,测量试样在不同点的蚀损。用4线法测定烧结试样在1 500和1600℃下的电阻。用扫描电镜观察BZR和Scimos CZ的显微结构。结果显示:1)烧结后,由于杂质的存在,烧结氧化锆试样呈白色或轻微乳白色。熔铸耐火砖由于熔化过程中使用石墨电极,通常呈灰色;2)试样的性能(比重、显气孔率、抗折强度和热导率测试结果与商用熔铸氧化锆耐火材料相当(如表2所示);3)静态和动态侵蚀试验表明,烧结氧化锆耐火材料的耐蚀性与商用熔铸氧化锆Scimos CZ相当或略好;4)烧结氧化锆耐火材料在高温(1500-1600 ℃)下表现出较高的电阻率,可与商用熔铸材料(Scimos CZ)相媲美;5)烧结氧化锆显微结构显示:其由细小氧化锆颗粒构成,颗粒之间有玻璃相。整个砖体的微观结构是均匀的。熔铸氧化锆显微结构中晶粒大,这些晶粒尺寸从砖体的表面(较小)到中心(较大)大小不等,这是冷却期间形成的。结晶期间,试样中心形成空隙和/或气孔,且中心和表面形成的玻璃相成分可能不同。

总之,通过将纳米玻璃质前驱体与氧化锆颗粒混合,经压制(或者等静压、挤压等)成型工艺制备出了所需尺寸的高氧化锆耐火材料试样,然后控制烧结工艺制备出烧结氧化锆耐火材料(BZR)。高氧化锆耐火材料与商业化熔铸耐火材料具有相似的比重和较低的显气孔率,相似的抗折强度和热导率。X射线衍射图显示,试样的主要相为氧化锆相和玻璃态非晶相。静态和动态侵蚀试验表明,BZR在高温(1715°C)下对不同玻璃具有优异的耐侵蚀性能。BZR还显示出高电阻率(高于1500°C测量),与熔铸耐火材料相当。

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