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耐火材料原材料:影響合成堇青石材料性能的因素

編輯:耐火澆注料   時間:2020-05-07    瀏覽:   
眾所周知,天然堇青石原料極少,耐火材料生產使用的堇青石材料大部分為合成材料,影響合成堇青石材料性能的因素有很多,諸如合成原料的種類、原料的化學組成、雜質離子和煅燒保溫時間等。


采用堇青石為主要原材料生產的莫來堇青石匣缽

(1)原料化學組成的影響

前期研究得出:堇青石的理論組成為13.4%MgO,34.9%Al2O3和51.4%SiO2,同時研究結果顯示這種陶瓷坯 體的瓷化溫度范圍是很短的,促使其不能在工業上所使用的窯爐中來燒制合成出相應的制品。綜合大量的研究結論可 知:若需要在低溫下合成堇青石材料,就需要在合成堇青石材料時原料配方組成略偏向于MgO和Al2O3的這一側的方 向的。

(2)雜質離子的影響

采用天然原料合成堇青石材料時,由于原料中雜質相的存在,對其性能存在一定的影響。 由于天然堇青石礦物數量少且性能差,要獲得既具有一定的強度又有較長的使用壽命堇青石質制品,同時向節 能、優質、產量大發展,高純堇青石材料一般需要采用高純超細的Al2O3、MgO和SiO2粉體合成,最高合成溫度高 達1440℃。由于此種原料的成本高、能源消耗很大,因而該制備方法無法得到廣泛地應用。雖然高純度的原料能夠合 成出高純度的堇青石,但是原料純度太高,其中雜質很少,會導致晶體中形成的雜質缺陷的濃度低,不利于粒子的擴 散,這樣會使固相反應速度慢、燒結致密度變差,影響堇青石材料的強度以及使用壽命。

研究表明:原料中某些雜質 的存在,不僅可以拓寬堇青石的燒成溫度范圍,而且能大大地提高堇青石材料的使用壽命。然而,某些雜質的存在, 或者雜質含量超出一定的范圍,對于堇青石晶體的形成又是不利的。 從MgO-SiO2-Al2O3三元相圖可知:合成堇青石的溫度范圍是較窄的,因而在實際生產過程中常常會加入如Na 2O、BaO、Fe2O3和TiO2等少量雜質,它們既能降低合成溫度又能擴大合成范圍。國內學者在研究低溫下合成堇青 石時,認為CaO、Na2O、Fe2O3等氧化物均能在一定程度下參與堇青石晶體結構的形成。由于Ca2+半徑大于Mg2 +,可以進入堇青石晶體結構中造成晶格畸變,形成應力空位,從而降低合成溫度,拓寬堇青石材料的燒成溫度范 圍。

同時,有研究表明:TiO2、BaCO3、LiCO3、ZrO2等均能在不同程度上降低堇青石材料的熱膨脹系數。綜上可 知:這些外加劑的引入即能改善和促進堇青石的燒結,又可以降低其熱膨脹系數,從而提高材料的抗熱震性能。

(3)合成原料的影響

當采用滑石和高嶺土合成堇青石材料時,高嶺土的粒度也是影響堇青石材料熱膨脹系數的主要因素之一,當選用 合適粒度分布的原料時,將有利于堇青石晶粒的取向排列。

4)保溫時間的影響

合成堇青石時,在合適的燒成溫度下延長保溫時間,有利于堇青石晶體發育,。大量研究表明:在一定范圍內保 溫時間越長,堇青石晶粒的發育將趨于完善,堇青石材料的熱膨脹系數也會越低。

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