用于钢水定氧MgO-PSZ相变特性对抗热震性的影响研究

发布时间：2020-08-28 15:34

　　用于钢水定氧的氧探头除了要满足良好的导电性能的要求外,还需要满足抗热震性的要求,而氧探头中最重要的是MgO-PSZ管的抗热震性,其优劣直接影响着钢水定氧的成败。本文首先以共沉淀法为基础,探索不同的粉体制备工艺制备复合掺杂其他氧化物的8 mol%MgO-PSZ(理论含量)粉体,并分析了沉淀剂pH值和洗涤介质对粉体中MgO含量的影响。然后分别采用干压成型和挤压成型制备了Φ10 mm柱状试样和长约40 mm的棒状试样,探讨了粉体的最佳制备工艺及试样的烧结和热处理工艺,用X射线衍射仪定性和定量分析了相组成,用热膨胀仪测定了试样的热膨胀曲线,并用扫描电镜观察了试样的显微结构。最后用注射成型机把MgO-PSZ粉体注射成管状,按所探讨的工艺处理,并组装成探头,进行了模拟抗热震性试验。试验研究结果表明采用直接共沉淀法复合掺入CeO_2、Y_2O_3及CaO的MgO-PSZ试样在1700℃烧结0.5 h可以达到所需要的致密度和相组成。先经1420℃保温2 h,再经1100℃保温6 h两步热处理的试样,在烧结试样得到的立方相氧化锆基(c-ZrO_2)的晶内和晶界处析出细小的单斜相,使得试样表现良好的热膨胀特性。两步热处理,高温段,在立方相基体和晶界处析出细小的四方相颗粒;低温段,较大的四方相将转变为单斜相,而细小的四方相将被保留下来,可以很好地控制MgO-PSZ的相比例和相结构,在一定程度上优于一步热处理。模拟抗热震性试验也证实了这一结果。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TG142.15
【部分图文】：

差热分析曲线,相变,晶系

低温为单斜(m)晶系，密度 5.56 g/cm3。高温为下转变为立方(c)晶系，密度 5.68~5.91 g/cm3[5,6]。其四方相向单斜相的相变为马氏体相变[7]。该相变具有材料的研究中具有特别重要的意义。其相变特征如下ermal)。即在给定温度下，相变与时间无关[8]。ermal hysteresis)。即相变发生能在一定温度范围内，而四方相转变成单斜相时温度在 850~1000 ℃范围内

热膨胀曲线,热膨胀曲线,单斜相,单斜

图 1.2 不同类型氧化锆的热膨胀曲线图 1.3 单斜氧化锆的各向异性热膨胀图1.2给出了不同类型的ZrO2的热膨胀曲线[13]。纯单斜相氧化锆的热膨胀系数虽然较

二元相图,相变反应,能量变化,相变

.2.3 ZrO2的增韧机制传统观念认为，相变在耐火材料烧结体中引起的内应变终将导致材料的开裂。因此，们往往将相变视作不利因素。然而，部分稳定 ZrO2具有比全稳定的 ZrO2好得多的抗热性，根据这一事实人们得到启发，把相变作为改善材料韧性的主要手段，并已得到显著果。二氧化锆相变作用的主要机理被认为是相变增韧和微裂纹增韧。相变增韧是指相变弹性能对提高韧性所作的贡献。MgO-ZrO2的二元相图 1.4 表明，往rO2中掺入 8 mol%MgO，可在 1800 ℃获得全稳定的 ZrO2立方固溶体相，将其冷却在 150，就出现了弥散于 ZrO2立方基体中的四方 ZrO2。若按相平衡规律，进一步冷却将促使方 ZrO2转化为单斜相，实则不然。其原因是当弥散于 ZrO2立方基体中的四方 ZrO2向单相转化时，相应出现 1~2%的线膨胀，使得基体和弥散相都受到了约束，因而产生了一反抗相变的弹性压应变能，当其大于相变自由能时，相变就不会发生。从能量平衡条件行分析，可以得到几种影响 ZrO2相变的因素。

【参考文献】