复合添加氮化硅和碳化硅对莫来石质耐火材料性能的影响

发布时间：2017-10-05 12:43

  本文关键词：复合添加氮化硅和碳化硅对莫来石质耐火材料性能的影响

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【摘要】：耐火材料是高温技术不可或缺的基础材料。耐火材料涉及钢铁、建材、有色金属冶炼、机械、化工等多项国民经济的支柱行业。莫来石质材料作为一种传统的耐火材料,具有耐火度高、热膨胀系数低、热震稳定性好、高温抗蠕变性好、具有很高的耐磨性及耐剥落、抗侵蚀性等一系列良好的性能。但由于莫来石中[Si04]和[A104]四面体结构基元的空间的排列会随Al、Si比的变化而在其晶体结构中出现不同程度的周期性的氧缺位,使得其晶格间的空隙较多,进而导致莫来石材料的强度较低,影响了其在工业生产中的应用。氮化硅和碳化硅均为重要的耐高温硬质材料,把氮化硅和碳化硅作为增强相制备莫来石基复合材料,则能显著改善莫来石基复合材料的综合性能。本文以莫来石、红柱石、碳化硅、氮化硅为主要原料,以二氧化硅微粉为结合剂,以聚乙烯醇为粘结剂,在1450℃保温400 min的烧成条件下,通过调整氮化硅和碳化硅的加入比例制备了复相耐火材料。对1450℃C下制备的复相耐火材料进行显气孔率、体积密度、常温耐压强度、高温抗折强度、烧后线变化率、荷重软化温度的测试;通过多晶X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)等分析测试手段对复相耐火材料的微观结构、物相组成等进行研究;将制备的复相耐火材料进行热震处理,观察其裂纹的产生和扩展情况,并对热震处理后的试样进行显气孔率、体积密度、耐压强度的测试,综合多种测试手段评价其抗热震性。结果表明,在1450℃C下制备的复相耐火材料的显气孔率基本维持在15%左右,体积密度在2.45 g/cm3左右,烧后试样产生了不同程度的膨胀,高温抗折强度和荷重软化温度也分别能够达到29.8 MPa和1560℃C,都表现出了较高的水准,且基本不受氮化硅和碳化硅加入比例的影响,但是,复相耐火材料的常温耐压强度随着氮化硅含量的增加呈降低的趋势。复相耐火材料在烧结过程中,氮化硅和碳化硅均发生了氧化,氧化后在材料表面形成一层黄褐色氧化产物,其主要为玻璃相；在复相耐火材料的截面出现致密层,且致密层的厚度随着氮化硅含量的增加而减小；复相耐火材料内部有大量纤维生成,它们是碳化硅和氮化硅在高温低氧分压的条件下氧化生成的气态一氧化硅在向外扩散的过程中遇氧形成的。在复相耐火材料中添加氮化硅能够提高材料的抗热震性能,且随着氮化硅含量的增多,复相耐火材料的抗热震性能越好。当原料配方中的碳化硅全部被氮化硅替代时,复相耐火材料的热震十次后耐压强度保持率能够到达84%。
【关键词】：莫来石 碳化硅 氮化硅 耐火材料 性能
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ175.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 耐火材料简介10
• 1.2 莫来石概述10-12
• 1.2.1 莫来石的化学组成和晶体结构10-11
• 1.2.2 莫来石的性能特点11
• 1.2.3 莫来石质耐火材料的应用11-12
• 1.3 碳化硅概述12-14
• 1.3.1 碳化硅的晶体结构12-13
• 1.3.2 碳化硅的性能特点13
• 1.3.3 碳化硅制品的应用13-14
• 1.4 氮化硅概述14-16
• 1.4.1 氮化硅的晶体结构14-15
• 1.4.2 氮化硅的性能特点15-16
• 1.4.3 氮化硅制品的应用16
• 1.5 红柱石概述16-18
• 1.5.1 红柱石的化学组成和晶体结构16-17
• 1.5.2 红柱石的莫来石化17-18
• 1.5.3 红柱石在耐火材料中的应用18
• 1.6 碳化硅和氮化硅的氧化研究18-21
• 1.6.1 碳化硅与氮化硅的氧化顺序及氧化产物18-20
• 1.6.2 SiO的生成条件20-21
• 1.7 耐火材料抗热震性概述21-23
• 1.7.1 抗热震性的相关定义21-22
• 1.7.2 抗热震性的检测方法22
• 1.7.3 改善热震稳定性的方法22-23
• 1.8 氧化物-非氧化物复合耐火材料23-26
• 1.8.1 氧化物-非氧化物复合耐火材料的特点23-25
• 1.8.2 氧化物-非氧化物复合耐火材料研究现状25-26
• 1.9 本课题的研究目的及意义26
• 1.10 本课题的主要研究内容26-28
• 第二章 复相耐火材料的制备及性能研究28-40
• 2.1 引言28
• 2.2 实验原料28-31
• 2.2.1 颗粒料28
• 2.2.2 氮化硅粉料28-29
• 2.2.3 碳化硅粉料29
• 2.2.4 二氧化硅微粉29-30
• 2.2.5 粘结剂30-31
• 2.3 实验仪器31-32
• 2.4 实验方法32-33
• 2.4.1 原料配比设计32
• 2.4.2 烧结工艺的选取32-33
• 2.4.3 实验步骤33
• 2.5 实验的制样设计及测试方法33-36
• 2.5.1 显气孔率和体积密度33-34
• 2.5.2 烧后线变化率34-35
• 2.5.3 常温耐压强度35
• 2.5.4 荷重软化温度35
• 2.5.5 高温抗折强度35-36
• 2.6 结果与讨论36-39
• 2.6.1 显气孔率和体积密度36
• 2.6.2 烧后线变化率36-37
• 2.6.3 常温耐压强度37-38
• 2.6.4 荷重软化温度38
• 2.6.5 高温抗折强度38-39
• 2.7 本章小结39-40
• 第三章 复相耐火材料的物相及显微结构研究40-53
• 3.1 引言40
• 3.2 实验仪器40
• 3.3 实验方法40-41
• 3.4 结果与讨论41-52
• 3.4.1 表面氧化层的物相分析41-43
• 3.4.2 致密层和内部的物相分析43-46
• 3.4.3 表面显微结构和能谱分析46-50
• 3.4.4 内部显微结构和能谱分析50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 复相耐火材料的抗热震性研究53-60
• 4.1 引言53
• 4.2 实验仪器53
• 4.3 实验方法53-54
• 4.4 结果与讨论54-58
• 4.4.1 外观54-55
• 4.4.2 气孔率和体积密度55-57
• 4.4.3 常温耐压强度57-58
• 4.4.4 显微结构58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 结论60-61
• 参考文献61-64
• 在读期间公开发表的论文64-65
• 致谢65

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