抗剝落高鋁磚是以高鋁礬土、鋯英石為原料,通過燒結制備出的高鋁磚。其屬于鋯莫來石磚的一種,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材料的抗堿侵蝕能力。
添加ZrO2對提高高鋁磚的熱穩(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,采用合理級配,添加少量外加劑,經混煉、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構特征為:ZrO2富集體周圍有明顯的裂紋,該集合體與周圍的剛玉、莫來石有明顯的“間隙脫皮”結構與形貌。發(fā)育良好的ZrO2集合體呈棱柱狀,在空間形成層狀分布,ZrO2之間有極細小的裂縫,尺寸為1~5μm,形成溝道結構。這種結構亂層疊加,迂回曲折,有利于應力的分散。莫來石發(fā)育良好,呈纖維狀,與ZrO2和剛玉在空間交錯分布,形成復合增強結構。
抗剝落高鋁磚的抗熱震機理是: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周圍產生微裂紋。這些微裂紋可使制品在受力過程中,主裂紋前端的應力發(fā)生變化,吸收斷裂能。剛玉、莫來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,形成莫來石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,材料基質的礦物組成為A2S3、ZrO2和ZS。
抗剝落高鋁磚已在水泥回轉窯和玻璃熔池上得到廣泛的應用。
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