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提高耐火材料抗热震性能的7种有效方法

2020-10-09

耐火材料的抗热震性是指抵抗由快速温度变化引起的损坏的能力,它被称为热冲击稳定性,抗热冲击性,抗温度突变性以及快速的耐冷热性。抗热振性应根据不同的要求和产品类型,根据相应的试验方法确定。主要测试方法为:黑色冶金标准YB / T376。1-1995耐火材料耐热冲击试验方法(水淬法),黑色冶金标准YB / T376。2-1995耐火材料耐热冲击试验方法(空气淬火法,黑色冶金标准YB / T 376.3-2004耐火材料耐热冲击试验方法第3部分:水淬裂纹的测定,黑色冶金标准YB / T 2206.1-1998耐火浇铸耐热冲击试验方法(压缩空气)流动淬火法),黑色冶金标准YB / T2206。2-1998耐火浇注料耐热性振动试验法(水淬法)。

研究表明,通过防止裂纹扩展,消耗裂纹扩展功率,增加材料的断裂表面能,降低线性膨胀系数和增加可塑性,可以改善耐火材料的热冲击稳定性。具体技术措施有:

(1)适当的孔隙率

除了存在孔外,在耐火材料内部的骨颗粒与粘结相之间还存在一定数量的裂纹。在耐火材料的断裂过程中,内部的气孔和裂纹可以在一定程度上防止和抑制裂纹的扩展。例如,作为在高温热冲击条件下使用的耐火材料,表面裂纹在使用过程中不会引起材料的灾难性断裂,并且损坏主要是由内部热应力导致的结构剥离引起的。当材料内部的孔隙率大时,由热应力引起的裂纹的长度将缩短,并且裂纹的数量将增加。短而多的裂纹相互交叉形成网状结构,增加了材料断裂时所需的断裂能,可以有效提高材料的热震稳定性。一般认为,将耐火材料的孔隙率控制在13%-20%时,具有更好的热冲击稳定性。

(2)控制原料的颗粒级配,临界粒径和形状

相关研究表明,由材料断裂引起的表面能与系统中粒径的平方成正比。因此,通过将大颗粒聚集体引入材料体系中,使裂纹围绕大聚集体转向,从而改善晶间裂纹的性能,并达到改善耐火材料的热冲击稳定性的目的。一般而言,耐火材料中骨料的弹性模量明显大于基体的弹性模量。弹性模量的这种差异使大颗粒聚集体能够延迟材料的原始裂纹扩展。弹性模量的差异越大,聚集体对裂纹扩展的抑制作用越明显。同时,骨料的形状也是影响耐火材料热冲击稳定性的重要因素。例如,向材料系统中添加适量的棒状或片状聚集体可以改善耐火制品的热冲击稳定性。

(3)合理的界面组合

由于骨料和耐火材料中基体的性质(例如密度,热膨胀系数等)通常不同,因此两者的粘结界面对热冲击裂纹的传播和转向具有重大影响。通过诸如骨料的选择和预处理之类的技术措施,在骨料和基体之间形成合适的粘结界面,并形成能量消散机制,例如解聚,颗粒拉出和微裂纹,这可以抑制热冲击裂纹的传播。从而达到提高耐火材料韧性的目的。

(4)引入或产生线性膨胀系数小的相

通过将适量的具有低热膨胀的材料引入基体中,材料内的热膨胀不匹配,并且在烧制耐火材料的过程中会产生微裂纹,这会阻碍热冲击裂纹的扩展。但是,上述微裂纹太多会引起微裂纹的聚合并降低样品的机械性能。因此,必须严格控制添加低热膨胀材料的量,以获得具有相对平衡的热冲击稳定性和机械性能的耐火材料。

(5)引入或产生一定的相(例如四方ZrO2),使裂纹处发生相变,从而形成能量吸收机制。

通过材料系统中各相的热失配,在耐火材料内部会产生非灾难性的损坏系统,并且会发生复杂的非线性断裂行为,从而提高了耐火产品的热冲击稳定性。

(6)添加并均匀分散纤维或纤维状物质

通过引入相等的晶须纤维,晶须或原位形成的晶须,并确保它们均匀分散在产品中(例如将钢纤维添加到浇铸物中),断裂所需的能量将增加,并显示出明显的非晶须。线性特性,从而提高了材料的韧性。

(7)添加塑料或粘性成分

通过在耐火体系中添加塑料和粘性成分或在煅烧过程中使产品形成高粘度液相,它们的塑性变形可以吸收弹性应变能的释放,从而提高耐火产品的韧性。例如,在锆石-氧化锆耐火材料的煅烧过程中,ZrO2和高粘度液相SiO2通过锆石的分解而形成,从而显着提高了耐火材料的韧性。

从上述研究进展和提高耐火材料抗热震性能的研究概况可以看出,目前,提高抗热震性能主要技术途径是加入SiC和ZrO2等,通过微裂纹和相变来提高材料的韧性,但这也会影响材料的机械强度。以上就是今天要分享的全部内容了,下期再见!