蓝晶石基刚玉莫来石陶瓷

蓝晶石基刚玉莫来石陶瓷

摘要:本实验在制备刚玉-莫来石陶瓷过程中加入蓝晶,以蓝晶石的膨胀性能来抵消或减小陶瓷烧结过程中的收缩比例,增强陶瓷的各项性能,特别是抗折强度;并通过改变烧结制度,探究蓝晶石基刚玉-莫来石最佳的烧结温度。

关键词:蓝晶石刚玉-莫来石陶瓷

莫来石是Al2O3-SiO2二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物,化学式为3Al2O3-2SiO2,天然莫来石非常少,通常用烧结法或电熔法等人工合成。由于莫来石热膨胀系数低、熔点高、抗蠕变、抗热震能力优越,刚玉弹性模量高、熔点高、耐磨性好、抗化学侵蚀能力强;另外,莫来石晶体一般为柱状或棱柱状,刚玉晶体一般为粒状,刚玉状晶体填充于莫来石柱状晶网络结构的空隙中,形成连续的交错网络骨架结构,刚玉相晶体可以起到增强、增韧作用,或者莫来石柱状晶体填充于刚玉相晶体的空隙中,柱状莫来石晶体的存在,可以起到类似于纤维和颗粒的增强、增韧作用,这两种填充状态对提高复相陶瓷高温力学性能均非常有利。

蓝晶石矿具有多种形态的Al2O3·SiO2或Al2SiO5,同族矿物有硅线石、红柱石,是原生粘土质成分的沉积物,受到强力的挤压剪切应力的作用在高温高压条件下变质产生的,是无水铝硅酸盐矿物,属高铝矿物原料。由蓝晶石煅烧生成的莫来石,具有高温稳定性、低膨胀性及

良好的耐火性和高温下的高负荷能力。由于其膨胀效应可以抵消某些材料的收缩,使产品具有高温体积变化小、热稳定性好、耐抗渣和抗磨,不需煅烧出料直接使用,能适应快速烧成,节约能源,被广泛应用于冶金、陶瓷、玻璃、机械、电力和化工等领域。

1 实验内容

1.1 实验仪器和药品

天平;球磨机;烘箱;研钵;电炉;压样机及相应模具;冷等静压机;程序控温烧结炉;抗折强度测试仪。蓝晶石;刚玉;氧化硅粉;氧化铝粉;聚乙烯醇(PV A)。

1.2 蓝晶石基刚玉-莫来石陶瓷的制备

按一定的配方,称取36g蓝晶石,6g刚玉,9.6g SiO2,5.4g Al2O3,置于球磨罐中,按水∶球∶料=1∶1∶2,进行球磨12h。

取球磨浆液在鼓风烘箱中100℃下干燥2d。

取一定量的PV A置于烧杯中,加入蒸馏水,在电炉上搅拌加热为溶液,待用。

研磨干燥后的粉末,并加入一定量的PV A溶液,研磨均匀。

称取样品粉末3g,在4MPa压强下在压片机上进行压片,操作9次,

即压9个样品。

将9个样品依次经冷等静压(150MPa)操作。

把样品在空气中干燥24h。

把样品分为3组,编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9,分别在1400℃、1450℃、1500℃下烧结4h。

分别测试烧结后样品的抗折强度,并记录数据,进行分析。

2 实验数据与分析

图1为样品的抗折强度随温度的改变而改变的趋势。由图1可以看出,加入蓝晶石后刚玉-莫来石的抗折强度普遍有所增加。在1450℃烧结的样品,其抗折强度最小。观察1400℃及1500℃下的抗折强度,可以看出呈上升趋势。根据理论,蓝晶石子在莫来石化过程后,体积会有所膨胀,结构变得较为疏松,会使气孔率增加;但烧成温度的升高又使样品致密化。因此,存在一个合适的温度使其抗折强度达到最大,此温度应该接近1450℃。但是由于实验仪器的误差,本实验无法确定此温度。

3 结语

在普通刚玉-莫来石陶瓷的制备中加入蓝晶石,可以增强陶瓷的抗折强度。陶瓷的抗折强度随烧结温度的增大先减小后增大。

参考文献

[1] 钱之荣.耐火材料实用手册[M].北京:冶金工业出版社,1992.

[2] 陈武,季寿元.矿物学导论[M].北京:地质出版社,1985.

[3] 张效峰.刚玉-莫来石推板的研制与应用[J].耐火材料,1999.