鋯莫來石磚成分性能介紹

鋯莫來石磚是以莫來石和氧化鋯為原料的熔鑄耐火制品。鋯莫來石熔鑄磚晶體結(jié)構(gòu)致密，荷重軟化溫度高，熱穩(wěn)定性好，常溫及高溫下機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性好，導(dǎo)熱性好，并且有優(yōu)良的抵抗侵蝕的能力。

燒結(jié)鋯莫來石磚是采用工業(yè)氧化鋁和鋯英石精礦作為原料，通過反應(yīng)燒結(jié)工藝，把ZrO2引入莫來石基質(zhì)中制成的高級(jí)耐火磚，其反應(yīng)方程式為：3A12O3十2ZrSiO4→3 A12O3·2SiO2+2ZrO2莫來石陶瓷具有很多優(yōu)良的特性，如耐高溫，抗熱震性，抗高溫蠕變及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能。
將ZrO2引入莫來石陶瓷中，利用ZrO2的相變?cè)鲰g可以較大幅度地提高莫來石材料的高溫力學(xué)性能。ZrO2對(duì)莫來石材料有促進(jìn)燒結(jié)作用，ZrO2的加入，由于其低熔物的產(chǎn)生或空位的形成可以加速ZrO2材料的致密化燒結(jié)過程，當(dāng)ZrO2的摩爾分?jǐn)?shù)為30％時(shí)，在1530℃燒成的坯體其相對(duì)體積密度達(dá)98％，強(qiáng)度達(dá)到378MPa韌性達(dá)到4.3MPa·m1/2。不同組成的ZrO2材料，其強(qiáng)韌化機(jī)制不同。
ZrO2的體積分?jǐn)?shù)為15％–30％時(shí)，ZrO2材料以應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g為主；ZrO2的體積分?jǐn)?shù)大于30％時(shí)，ZTM材料以微裂紋增韌為主。ZrO2粉末的粒徑對(duì)ZrO2材料的力學(xué)性能有很大的影響。
ZrO2粒徑較大，ZTM材料基體中Z鼢大部分以m—ZrO2形式存在，材料以微裂紋增韌為主。ZrO2粒徑較小時(shí)，ZTM材料中t-ZrO3的相對(duì)含量較高，材料力學(xué)性能的提高主要源于t-ZrO3的相變?cè)鲰g。生產(chǎn)燒結(jié)鋯莫來石磚有兩種生產(chǎn)工藝：其一是在制耐火磚過程中完成反應(yīng)燒結(jié)，得到相變完全的顯微結(jié)構(gòu)；其二是部分相變而維持非平衡的相組合。兩種生產(chǎn)工藝各有特色，都能生產(chǎn)出性能優(yōu)良的耐火磚。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了降低耐火磚價(jià)格，往往使用高鋁礬土來替代工業(yè)氧化鋁，生產(chǎn)含鋯的莫來石磚。
通過在A12O3—SiO2系磚中引入ZrO2改善莫來石的組織結(jié)構(gòu)，可提高莫來石的抗化學(xué)侵蝕性、耐熱震性并降低膨脹系數(shù)，這種含ZrO2的莫來石磚，通稱為鋯莫來石磚，一般由電熔法制得，也有用燒結(jié)法生產(chǎn)的。燒結(jié)鋯莫來石磚是采用工業(yè)氧化鋁和鋯英石精礦作為原料，通過反應(yīng)燒結(jié)工藝，把氧化鋯引入到莫來石基質(zhì)中制成的特種耐火材料。
以工業(yè)氧化鋁和鋯英石為原料，通過反應(yīng)燒結(jié)制成的鋯莫來石磚，因反應(yīng)和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行，工藝過程控制比較困難。通常，在燒成時(shí)先在1450℃保溫，使其致密化，然后再升溫至1600℃進(jìn)行反應(yīng)，ZrSiO4在大于1535℃分解成ZrO2和SiO2，其中SiO2和Al2O3反應(yīng)生成莫來石，由于ZrSiO4分解時(shí)有一部分液相出現(xiàn)，并且ZrSiO4的分解可使顆粒細(xì)化，增加比表面積，從而促進(jìn)燒結(jié)。
研究表明，在鋯英石的加入量小于54.7％時(shí)，隨著鋯英石加入量的增加，燒結(jié)試樣的顯微結(jié)構(gòu)由柱狀剛玉構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)逐漸過渡到由柱狀莫來石構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。試樣的高溫抗折強(qiáng)度(1400。C)也隨氧化鋯含量的增加而增大，在氧化鋯含量為23.7％時(shí)出現(xiàn)一較大值，而后強(qiáng)度下降。鋯英石的加入有助于抗熱震性的提高。