剛玉-莫來石質(zhì)材料具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度,抗蠕變性,抗熱震性和較高的使用溫度(1650℃)其化學(xué)穩(wěn)定性良好,不易與所承燒的產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng),特別適用于燒成軟磁(鐵氧體)材料和電子絕緣陶瓷。目前,燒成高溫瓷件的推板窯常采用剛玉—莫來石質(zhì)窯具,國內(nèi)廠家使用要求高的推板多從日本及德國進(jìn)口,價(jià)格十分昂貴。與國外產(chǎn)品相比,國內(nèi)推板磚的壽命較低且穩(wěn)定性不好,應(yīng)用時(shí)的耐磨性以及抗折強(qiáng)度還不夠理想,使用中易于磨損和斷裂,特別是熱震穩(wěn)定性不夠理想。因此,加強(qiáng)對剛玉—莫來石質(zhì)材料熱震穩(wěn)定性的研究非常有現(xiàn)實(shí)意義。
一般來說,推板在使用過程中,既要承受坯體和匣缽的質(zhì)量(達(dá)幾十公斤),移動時(shí)的巨大推動力以及軌道的磨檫阻力,還要承受多次的冷熱循環(huán),使用條件十分惡劣。
以美鋁公司的板狀剛玉,開封特耐的電熔莫來石為骨料,以電熔白剛玉、電熔莫來石、板狀剛玉以及α—AL2O3微粉為細(xì)粉,加入適量氟化鋁為添加劑。由于剛玉—莫來石復(fù)合材料與單一的剛玉質(zhì)或莫來石質(zhì)材料相比,不但高溫力學(xué)性能好、耐火度高,而且抗熱震性更加優(yōu)異。所以,以適當(dāng)?shù)谋壤涯獊硎蛣傆窕旌,以期得到理想的高溫性能。所用原料的主要性能指?biāo)見下表。
本試驗(yàn)中,顆粒與細(xì)粉的比例為60:40,其中細(xì)粉中莫來石與剛玉的質(zhì)量比為一定值,該值是根據(jù)分析國外產(chǎn)品及實(shí)際情況決定的。粗顆粒中莫來石與剛玉的比例對窯具性能有很大影響?蒲腥藛T曾對剛玉—莫來石系的高溫力學(xué)性能做過研究,提出了此兩晶相結(jié)合具有最佳力學(xué)性能的比例為75:25和25:75,并指出這是由于兩晶相在此比例下,晶體相互交織充填的結(jié)果。因此,選著莫來石與剛玉顆粒質(zhì)量比為3:1進(jìn)行了試驗(yàn),同時(shí)為了對比,骨料全部選擇為莫來石或剛玉質(zhì)量比為3:1的試樣1100℃= 水冷3次后的抗折強(qiáng)度保持率最高,與顆粒料全部采用莫來石顆;騽傆耦w粒相比,抗折強(qiáng)度保持率分別提高率25%、35%。顆粒料中莫來石與剛玉的質(zhì)量比為3:1時(shí),采用硅鋁凝膠取代粘土作為結(jié)合劑,考察結(jié)合劑的種類及含量對復(fù)相陶瓷力學(xué)性能和抗熱震性能的影響。一般在窯具生產(chǎn)中加入粘土有兩個(gè)目的:一是增加混合料的塑性,提高成型坯體的結(jié)合強(qiáng)度:二是在燒結(jié)過程中起到助燒結(jié)作用,粘土在高溫下分解形成莫來石,可起到晶核的作用,有助于莫來石的生成,同時(shí),分解生成的SiO2具有很高的活性,也有助于形成莫來石。然而,一般粘土的純度不是特別高,其中含較多的堿金屬氧化物等,在燒成過程中已形成玻璃相,嚴(yán)重影響窯具的高溫力學(xué)性能和熱震穩(wěn)定性。結(jié)合劑對剛玉—莫來石質(zhì)推板熱震穩(wěn)定性的影響見圖1.
圖1 剛玉—莫來石推板的抗折強(qiáng)度保持率隨結(jié)合劑含量的變化
由圖1可知,以粘土為結(jié)合劑的復(fù)相陶瓷抗折強(qiáng)度保持率較低,而以硅鋁凝膠為結(jié)合劑的復(fù)相陶瓷的抗折強(qiáng)度保持率較高。這主要是由于經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后,硅鋁凝膠結(jié)合劑經(jīng)過脫水后變?yōu)榧{米莫來石晶粒,并在形成莫來石晶粒的同時(shí),起到了晶核的作用,可促進(jìn)柱狀莫來石的生產(chǎn),產(chǎn)生類似晶須的橋聯(lián)作用,為完成曾韌提供了基礎(chǔ),這些納米晶?僧a(chǎn)生類似與顆粒彌散的作用,從而提高窯具的韌性和抗熱震性。
采用莫來石與剛玉為復(fù)合骨料,以電熔白剛玉、電熔莫來石、板狀剛玉及氧化鋁微粉為細(xì)粉,以氧化鋁為添加劑,硅鋁凝膠為結(jié)合劑,與1700℃燒成制得剛玉—莫來石質(zhì)窯具,具體性能如下表所示。
該產(chǎn)品具有高溫強(qiáng)度高、荷重軟化溫度高、重?zé)變化率小以及抗熱震性好等特點(diǎn),經(jīng)1100℃水冷循環(huán)45次后,產(chǎn)品沒有斷裂
結(jié)論:研制產(chǎn)品在國內(nèi)某單位使用,該廠的推板窯長26m工作溫度1750℃左右,燒成帶4m,推板每30min推進(jìn)一次。原使用德國產(chǎn)品的剛玉—莫來石推板,平均壽命大于100次但是價(jià)格比較貴,現(xiàn)在研制的以板狀剛玉、電熔莫來石為骨料,電熔白剛玉、電熔莫來石、板狀剛玉及氧化鋁微粉及細(xì)粉,添加適量外加劑可以生產(chǎn)出高溫強(qiáng)度高、熱震穩(wěn)定性優(yōu)異的剛玉—莫來石推板。這種剛玉—莫來石推板在國內(nèi)某生產(chǎn)廠家的推板窯上試用,壽命達(dá)到德國同類產(chǎn)品的水平。