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耐火材料行业知识

不同煅烧温度过程中刚玉莫来石材料的性能变化试验

刚玉莫来石材料是一种常用的耐火材料,原料易得,价格知足,可根据形状、材质、用途等方便的选用不同的生产工艺,在许多行业获得了广泛的应用。刚玉莫来石材料的性能不光取决于化学成分,很大程度上体现在材料内部的结构上,而最终材料中刚玉晶体、莫来石晶体、气孔、玻璃相等物相结构是在烧成过程中形成的。烧成工艺对其结构有不同程度的影响,并因此影响到实际的使用性能。本文就是专门针对刚玉莫来石材料的烧成工艺进行研究,揭示出烧成过程中材料内部结构的变化规律,期望对实际的生产过程起到指导作用。
实验
2.1 原料
采用两种典型的的刚玉莫来石混合料G料和J料。其中G料为喷雾造粒料,J料为粉碎造粒料。其中,加入的含锆原料期望形成氧化锆增强增韧效果。
2.2 工艺
在试验压片机上干压试样,试样规格为圆片小60mm×3mm和长条100mm×10mm×10mm。其中长条试样用来测试抗弯强度,圆片试样用来测试其余性能。最高烧成温度为1000~1650℃,温度间隔为50℃,每个温度点烧3个试样,数据取平均。
2.3 测试
水煮测试样品的吸水率,排水法测试密度,用TZ-4000抗弯强度测试仪(三点弯曲法)测试抗弯强度,用X射线衍射仪测试物相,用扫描电子显微镜观察样品断口表面形貌。
结果与讨论
3.1 烧成收缩
样品烧成收缩与样品最高烧成温度的关系曲线清晰显示,在1000℃~1650℃的烧成温度范围内,烧成收缩曲线存在有峰谷波形。随着烧成温度的升高,样品烧成收缩先增大,在1250℃增大到一个峰值,在1250~1400℃烧成收缩则变化平缓,基本保持不变,然后随着烧成温度的升高,烧成收缩反而急剧下降,在1500℃下降到最低点,随着烧成温度的进一步升高,样品的烧成收缩最终急速增大。
生产刚玉莫来石的原料中加有较多的粘土,粘土在升温的中低温区间由于结晶水、结合水的失去,以及微细颗粒的高表面活性,使坯体产生较大的收缩。粘土中的高岭石、伊利石等在1000~1250℃即生成一次莫来石,这个温度区间所形成的莫来石由于均匀细小,并未长大,也有一定的收缩。在1250~1400℃区间,所生成的一次莫来石开始长大,伴随有膨胀,同时,原料中的石英与氧化铝细粉开始形成二次莫来石,产生一定的收缩,加上升温过程粉料颗粒的团聚结合造成的收缩,这几种因素叠加在一起,导致在1250~1400℃温度范围内,样品烧成收缩基本保持稳定不变。
在烧成温度从1400℃继续升高至1500℃的范围内,一次莫来石和二次莫来石的长大成为了主要反应过程,莫来石晶体的长大产生较大的膨胀,抵消了相当一部分中低温阶段粘土本身的收缩以及形成莫来石微细晶粒导致的收缩。在此阶段,坯体内部液相产生量非常少。在1500~1650℃温度范围,液相开始产生并逐渐增多,液相烧结成为主要的反应过程,液相的表面张力使坯体中的孔隙产生较大的毛细管力,从而不断地拉近晶体颗粒,排除气孔,促使部分晶体表面熔融,进一步增大收缩,因此,整个坯体的烧成收缩快速增大。


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