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原位SiC结合刚玉基材料抗氧化与抗侵蚀性研究

作　者: 谷晓雷
导　师: 钟香崇
学　校: 郑州大学
专　业: 材料学
关键词: 原位SiC 刚玉基材料 抗氧化性 抗侵蚀性
分类号: TQ175.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 22次
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内容摘要


以矾土基高铝刚玉颗粒为骨料,电熔白刚玉细粉和α-Al2O3微粉为基质,将Si引入到刚玉基材料中去,于1450℃埋碳条件下合成了原位SiC结合刚玉基复合材料,研究复合材料的常温物理性能、高温机械性能和抗氧化性,并重点研究其抗侵蚀性。探讨了SiC、SiAlON和Al粉对原位SiC结合刚玉材料组成、结构和性能的影响。结果表明:（1）在刚玉材料中加入Si粉,材料在1450℃保温3h埋碳条件下烧结良好。Si与气氛中的CO和N2原位反应生成纤维状、粒状SiC和SiAlON等,形成了非氧化物结合,为反应烧结。复合材料具有较高的高温强度和良好的抗热震性,1400℃的高温抗折强度为9～12MPa;△T=1100℃（水冷一次）的残余强度和强度保持率为11～19MPa和35～64%。随Si加入量增加,非氧化物生成量增加,高温抗折强度和抗热震性略有提高。（2）在加入2～8%Si粉的基础上,再加5%SiC粉和5%β-SiAlON粉可提高材料的高温抗折强度和抗热震性,且加入SiC可明显提高抗热震性,加入β-SiAlON可显著提高高温抗折强度。在加5%Si粉的基础上,加入1～3%的Al粉,试样于1400℃高温抗折强度显著提高（提高至21MPa）,且保持了优良的抗热震性。（3）原位SiC结合刚玉基材料具有良好的抗氧化性,其在1000℃和1500℃下的抗氧化性均随Si加入量的增加而提高,且1500℃的抗氧化性略好于1000℃的。这是由于:在1000℃下,少量非氧化物发生氧化,氧化产物为SiO2和Al2O3;1500℃下,非氧化物先氧化生成SiO2和Al2O3,SiO2和Al2O3进一步反应生成莫来石,并形成莫来石致密层,阻止氧气进入试样内部。在加5%Si粉的基础上加入Al粉,试样1000℃和1500℃的抗氧化性略有提高。（4）原位SiC结合刚玉基材料对碱度为1.1的高炉渣具有良好的抗侵蚀性（1500℃）,侵蚀层厚度≤2.6mm。在加2～8%Si粉的基础上,再加入5%SiC和5%β-SiAlON,材料中非氧化物的量增加,抗侵蚀性明显提高,渣侵蚀厚度最低降至1.0mm左右。在加5%Si粉的基础上,再加入1～3%Al粉,材料的抗侵蚀性略有提高,侵蚀层厚度从2.5mm降至1.9mm。（5）原位SiC结合刚玉基材料的抗侵蚀机理为:高温下材料基质中的SiC和SiAlON等非氧化物氧化生成SiO2和Al2O3,SiO2和Al2O3与熔渣中CaO与SiO2以及基质中的Al2O3反应生成低熔相钙长石（CAS2）,使材料逐渐被熔蚀;熔渣侵蚀刚玉颗粒时CaO与Al2O3反应生成高熔点的CA6晶体在颗粒表面固定下来,阻挡了进一步侵蚀。侵蚀过程中CaO大量消耗,致使渣粘度增大,削弱了其侵蚀渗透能力。渗透层中仍存在一定量的非氧化物,由于非氧化物难被熔渣润湿,且原位生成的非氧化物填充在气孔里,堵塞了熔渣渗透的主要通道。因此,随Si或Al加入量增加以及外加SiC和SiAlON,材料中非氧化物的量增加,抗侵蚀性明显提高。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
引言  10-11
1 文献综述  11-24
  1.1 鱼雷车  11
  1.2 铁水预处理技术  11-12
  1.3 鱼雷车炉衬工作条件  12
  1.4 鱼雷车用耐火材料  12-17
    1.4.1 鱼雷车用耐火材料的损毁特点  12-13
    1.4.2 鱼雷车用耐火材料  13
    1.4.3 鱼雷车用ASC砖  13-14
    1.4.4 ASC砖的组成对性能的影响  14-16
    1.4.5 鱼雷车用耐火材料的发展趋势  16-17
  1.5 金属Al、Si复合耐火材料  17-21
    1.5.1 Si复合Al_2O_3基耐火材料  18-19
    1.5.2 Al复合Al_2O_3基耐火材料  19-20
    1.5.3 Al/Si复合Al_2O_3基耐火材料  20-21
  1.6 Al_2O_3基材料的抗渣性  21-22
    1.6.1 炉渣的渗透机理  21-22
    1.6.2 润湿角对炉渣向耐火材料渗透的影响  22
    1.6.3 熔渣向耐火材料内部渗透的途径  22
  1.7 本课题的提出及研究内容  22-24
2 原位SiC结合刚玉基材料常温物理性能及高温机械性能研究  24-40
  2.1 实验配比及过程  25
  2.2 原位SiC结合刚玉基材料的常温物理性能  25-27
  2.3 原位SiC结合刚玉基材料的高温机械性能  27-29
  2.4 原位SiC结合刚玉基材料的物相分析  29-31
  2.5 原位SiC结合刚玉基材料的显微结构分析  31-33
  2.6 Al粉对原位SiC结合刚玉材料常温物理性能及高温机械性能的影响  33-39
    2.6.1 实验配比及过程  33-34
    2.6.2 Al粉对原位SiC结合刚玉材料常温物理性能的影响  34-35
    2.6.3 Al粉对原位SiC结合刚玉材料高温机械性能的影响  35-37
    2.6.4 ASA系列材料的物相及显微结构分析  37-39
  2.7 本章小结  39-40
3 原位SiC结合刚玉基材料的抗氧化性研究  40-59
  3.1 实验方法  40
  3.2 原位SiC结合刚玉基材料氧化后的截面图  40-44
  3.3 原位SiC结合刚玉基材料氧化后的物相及显微结构分析  44-53
    3.3.1 AS5试样氧化后的物相及显微结构分析  44-47
    3.3.2 ACS5试样氧化后的物相及显微结构分析  47-50
    3.3.3 ANS5试样氧化后的物相及显微结构分析  50-53
  3.4 Al粉对原位 SiC结合刚玉材料抗氧化性的影响  53-58
    3.4.1 ASA系列试样氧化后的截面图  53-56
    3.4.2 ASA系列试样氧化后的物相及显微结构分析  56-58
  3.5 本章小结  58-59
4 原位SiC结合刚玉基材料的抗侵蚀性研究  59-82
  4.1 实验方法  59-60
  4.2 原位SiC结合刚玉基材料侵蚀后的剖面照片及渣蚀厚度  60-62
  4.3 原位SiC结合刚玉基材料侵蚀后的物相及显微结构分析  62-77
    4.3.1 S5试样侵蚀后的物相及显微结构分析  63-69
    4.3.2 ACS5试样侵蚀后的物相及显微结构分析  69-74
    4.3.3 ANS5侵蚀后的物相及显微结构分析  74-77
  4.4 Al粉对原位SiC结合刚玉材料抗侵蚀性的影响  77-81
    4.4.1 ASA系列试样侵蚀后的截面图  77-78
    4.4.2 ASA系列试样侵蚀后的物相及显微结构分析  78-81
  4.5 本章小结  81-82
5 结论  82-84
参考文献  84-87
致谢  87

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 耐火材料工业 > 基础理论
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