第9期
刚玉-莫来石推板高温行为和显微结构
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期号 : 2010 年, 第9期
内容简介

    软磁铁氧体烧结氮窑普遍选用刚玉-莫来石推板。国产推板在使用寿命、性能稳定性和使用可靠性等方面与进口产品相比还有明显差距,产品一直较难得到用户接受。因此,北京科技大学的研究人员对国内和进口推板材料的高温性能和显微结构进行对比研究,以确定控制产品品质的关键影响因素。
    试验选取两种使用效果不同的推板产品进行对比研究:进口推板(N)和国内某厂推板产品(C),其理化性能如表1所示。两种推板尺寸都为340 mm×340 mm×30 mm,C推板用于最高温度1 400 ℃左右的氮气氛推板窑,寿命为推进几十次,N推板使用于氮气保护推板窑中,寿命约为推进100次。从推板上切取25 mm×25 mm×125 mm的试样,烘干后进行性能测试。检测材料的显气孔率、体积密度,根据材料的荷载-变形曲线计算断裂表面能和常温弹性模量,不同温度下的抗弯强度采用高温应力应变测试仪测试,按照三点弯曲法进行测试。 试样尺寸为200 mm×30 mm×15 mm,跨距为180 mm。抗热震性试验采用空冷法(1 100 ℃-室温),测量循环三次后的常温抗折强度,并计算残余强度保持率。
表1      两种推板的物理性能对比
参数 体积密度/(g•cm-3)显气孔率/% 常温抗折强度/MPa 高温抗折强度/MPa 常温弹性模量/GPa 断裂表面能/(J•m-2) 线膨胀系数/(10-6 ℃-1)热震后抗折强度 保持率/%
推板N 2.78 15 10.5 10.8 18.4 129 5.44 89
推板C 2.73 17 11.2 4.7 22.9 198 5.57 75
    研究结果:(1)国外推板具有较高的高温断裂强度和较好的抗弯蠕变性能。(2)国外推板以红柱石和刚玉为颗粒,基质中形成薄膜状莫来石结合刚玉的结构,玻璃相含量极低。国产推板颗粒主要为刚玉和莫来石,基质莫来石形成为网络状的结构,但内部存在较多玻璃相。(3)莫来石形貌、玻璃相含量和颗粒料的不同影响推板材料的高温性能。国内推板尽管引入了改善韧性和高温性能的氧化锆,莫来石也连成了网络状结构,烧结程度也明显高于国外推板,但其寿命却不及国外推板。国外推板看似结构疏松,烧结不致密,莫来石晶体也发育不好,但由于其内部几乎没有发现玻璃相,又引入了性能独特的红柱石颗粒,使材料具有较好的高温强度和抗弯蠕变性能。因此,对于刚玉-莫来石材料的推板,如何在保证烧结的情况下避免玻璃相的产生,形成莫来石结合刚玉的结构,选用合适的颗粒原料和采用合适的莫来石原位合成路线对推板性能至关重要。
(摘编自《北京科技大学学报》2010,№3)

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