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新型LaMgAl_（11）O_（19）耐高温材料的制备与性能研究

作　者: 姜斌
导　师: 黄朝晖
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 材料科学与工程
关键词: LaMgAl11O19 固相合成低热导率热震稳定性耐火材料
分类号: TQ175.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

镁基六铝酸镧(LaMgAl₁₁O₁₉,LMA)是近几年发展起来的一种重要的稀土六铝酸盐材料,具有低的热导率和弹性模量,高的熔点,以及良好的高温相稳定性能,在隔热保温领域具有重要的应用价值。本文研究了原料和合成温度等因素对固相反应合成LaMgAl₁₁O₁₉细粉和骨料的影响,探讨了LaMgAl₁₁O₁₉细粉结合LaMgAl₁₁O₁₉骨料的LMA耐火材料的制备工艺,对LaMgAl₁₁O₁₉耐高温材料的物相、显微结构和烧结性能、力学性能、热学性能、耐火度、抗热震性和抗钢渣侵蚀性能进行了系统地研究。研究结果表明:以Al（OH）₃、La₂O₃和4MgCO₃·Mg（OH）₂·5H₂O作为原料,在1300℃下煅烧4h固相合成具有良好烧结活性的LaMgAl₁₁O₁₉粉体,合成的LMA晶粒具有明显的板片状形貌;以La₂O₃、4MgCO₃·Mg（OH）₂·5H₂O和α-Al₂O₃为原料,在1650℃（8h）条件下一步法固相合成LaMgAl₁₁O₁₉骨料,合成的LMA骨料体积密度为3.74g/cm³,常温抗压强度100.8MPa。LaMgAl₁₁O₁₉致密陶瓷的热扩散系数和热导率分别为0.553mm²/s和2.55W/m·K（1000℃）,平均线热膨胀系数为9.17×10^-6/K（200℃～1200℃）,杨氏模量和泊松比分别为295GPa和0.23。实验表明LaMgAl₁₁O₁₉耐火材料的常温抗折强度随着LMA细粉含量的减少逐渐降低,最高为39.2MPa;而骨料的含量则对抗压强度有一定影响,当细粉含量为35wt%时,LMA耐火材料具有最高的抗压强度95.7MPa。LaMgAl₁₁O₁₉耐火材料的二次重烧线收缩率在0.21%～0.10%之间,能较好地保持试样的体积稳定性;LaMgAl₁₁O₁₉耐火材料的耐火度大于1740℃,经耐火度试验测试后仍具有磁铅石结构,具有良好的高温相稳定性。在ΔT=1200℃下进行热震实验研究得到当配料中LMA细粉含量为40wt%时,LaMgAl₁₁O₁₉耐火材料具有最优的抗热震性,热震后残余抗折强度保持率为66.1%,整体上要优于镁铝尖晶石（MA）试样和镁铝尖晶石结合镁砂试样（MS）;同等实验条件下LMA耐火材料的抗钢渣侵蚀性能与MA相当,但要优于MS试样,分析认为LaMgAl₁₁O₁₉耐火材料中基质在高温下与钢渣反应生成的MgAl₂O₄、Fe+2Al₂O₄以及LaFeAl₁₁O₁₉致密过渡层阻碍了钢渣向试样内部的进一步侵蚀和渗透。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-25
  1.1 引言  10-11
  1.2 钢包精炼内衬用耐火材料  11-16
    1.2.1 国外钢包用耐火材料  12
    1.2.2 国内钢包用耐火材料  12-13
    1.2.3 钢包内衬用主要耐火材料体系  13-15
    1.2.4 钢包用Mgo-Al_2O_3系耐火材料  15-16
  1.3 低热导率耐高温材料研究现状  16-20
  1.4 镁基六铝酸镧材料研究现状  20-23
    1.4.1 镁基六铝酸镧晶体结构特点  20-21
    1.4.2 镁基六铝酸镧性质  21
    1.4.3 镁基六铝酸镧国内外研究现状  21-23
  1.5 本论文的研究目的、研究意义和主要研究内容  23-25
第二章 LaMgAl_(11)O_(19)粉体的固相反应合成及其机理研究  25-33
  2.1 实验原料与实验仪器  25-26
    2.1.1 实验原料  25
    2.1.2 实验仪器  25-26
  2.2 实验方案与性能表征  26-27
  2.3 实验结果与分析  27-31
    2.3.1 以Al(OH)_3为铝源,不同煅烧温度对合成粉体物相和形貌影响  27-30
    2.3.2 以α-Al_2O_3为铝源,不同煅烧温度对合成粉体物相和形貌影响  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章 LaMgAl_(11)O_(19)骨料的制备与性能研究  33-46
  3.1 实验原料与实验仪器  33-34
    3.1.1 实验原料  33-34
    3.1.2 实验仪器  34
  3.2 实验方案  34-35
  3.3 性能测试与表征  35-36
    3.3.1 体积密度  35
    3.3.2 气孔率  35-36
    3.3.3 线收缩率  36
    3.3.4 常温抗压强度  36
  3.4 实验结果与分析  36-45
    3.4.1 不同铝源和镁源对合成骨料物相和形貌影响  36-40
    3.4.2 不同铝源和镁源对合成骨料线收缩率、显气孔率和体积密度影响  40-42
    3.4.3 不同铝源和镁源对合成骨料常温抗压强度影响  42-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章 LaMgAl_(11)O_(19)陶瓷的制备与性能研究  46-57
  4.1 实验方案  46
  4.2 性能测试与表征  46-48
    4.2.1 常温抗折强度  46-47
    4.2.2 抗热震性  47
    4.2.3 热学性能(线性热膨胀系数和热导率)  47-48
    4.2.4 力学性能(杨氏模量和泊松比)  48
  4.3 实验结果与分析  48-56
    4.3.1 不同烧结温度下制备的LMA陶瓷XRD物相和SEM形貌分析  48-50
    4.3.2 不同烧结温度对LMA陶瓷线收缩率、显气孔率、体积密度和常温抗折强度影响  50-53
    4.3.3 不同烧结温度对LMA陶瓷热震稳定性能影响  53-54
    4.3.4 LaMgAl_(11)O_(19)陶瓷热学性能研究  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 LaMgAl_(11)O_(19)耐火材料的制备与性能研究  57-71
  5.1 实验方案  57-58
  5.2 性能测试与表征  58-60
    5.2.1 二次重烧线变化率  58
    5.2.2 热震稳定性能及其评价指标  58-60
    5.2.3 耐火度测定  60
  5.3 实验结果与分析  60-69
    5.3.1 不同颗粒级配LMA系列耐火试样XRD物相和SEM形貌分析  60-62
    5.3.2 不同LaMgAl_(11)O_(19)细粉含量对试样体积密度、显气孔率和线收缩率影响  62-63
    5.3.3 不同LaMgAl_(11)O_(19)细粉含量对试样常温抗压强度和抗折强度影响  63-65
    5.3.4 不同LaMgAl_(11)O_(19)细粉含量对试样二次重烧线变化率影响  65-66
    5.3.5 不同LaMgAl_(11)O_(19)细粉含量对试样热震稳定性能影响  66-67
    5.3.6 LaMgAl_(11)O_(19)耐火材料的耐火度测定  67-69
  5.4 本章小结  69-71
第六章 LMA、MA和MS耐火材料的制备与性能对比研究  71-93
  6.1 实验原料及性质  71-73
    6.1.1 实验原料  71-73
    6.1.2 实验原料的性质  73
  6.2 实验配方设计及方案  73-75
  6.3 性能测试与表征  75-77
    6.3.1 抗高温熔渣侵蚀性能  75-77
  6.4 实验结果与分析  77-91
    6.4.1 不同体系耐火试样XRD物相分析和SEM形貌观察  77-79
    6.4.2 不同体系耐火试样的线收缩率、显气孔率和体积密度对比研究  79-81
    6.4.3 不同体系耐火试样的常温抗折强度和抗压强度对比研究  81-83
    6.4.4 不同体系耐火试样的抗热震性能对比研究  83-85
    6.4.5 不同体系耐火试样的抗钢渣侵蚀性能对比及机理研究  85-91
  6.5 本章小结  91-93
第七章结论  93-95
致谢  95-96
参考文献  96-99
附录  99

新型LaMgAl_（11）O_（19）耐高温材料的制备与性能研究

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