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剛玉基澆注料流變性和高溫機械性能的研究
2015-05-13 13:45
 本工作以含剛玉基澆注料為基礎,主要研究了微粉、粒度組成以及非氧化物(石墨、Sialon)等對剛玉基澆注料流變性和高溫機械性能的影響規律。研究工作分四個方面:
 (1)利用NXS-11A型粘度儀研究了微粉、水泥、鱗片石墨、Sialon等因素對基質流變性的影響;
 (2)利用澆注料流變儀(Rheometer)研究了微粉、粒度組成、鎂砂細粉、鱗片石墨、造粒石墨及β-Sialon等對澆注料流變性的影響;
 (3)研究了微粉、水泥、鎂砂、石墨及Sialon等對熱處理后澆注料常規物理性能的影響;
 (4)利用三點彎曲和在不同溫度下處理與水冷循環后的殘余強度保持率的方法研究了微粉比例、造粒石墨及Sialon等對澆注料高溫抗折強度和抗熱震性的影響。
研究結果表明:
1)基質的流變行為呈賓漢姆流體特征;微粉比例、水泥、鎂砂、鱗片石墨和Sialon均影響基質流變性,其中SiO2微粉改善基質的流變性的最主要因素,使基質粘度、剪切應力和屈服應力降低,這主要是由于SiO2微粉具有比重小、顆粒呈球形以及很高的表面活性,能夠很好地填充在顆??紫吨脫Q出其中的水所致;Al2O3微粉對基質的流變性略有改善;鎂砂和Sialon的加入對基質流變性不利;鱗片石墨使基質的流變性明顯變差。
 2)粒度組成、Al2O3微粉/SiO2微粉比例、鱗片石墨對澆注料流變性有顯著影響;鎂砂細粉、Al2O3微粉對澆注料的流變性影響較??;造粒石墨和β-Sialon對流變性有負面影響;澆注料的流變行為呈賓漢姆流體特征。Al2O3微粉/SiO2微粉比例的變化隨SiO2微粉量的增加,所需加水量大幅度減少,自流值明顯提高,流變性得到顯著改善——剪切應力、剪切粘度和流動阻力減小。隨著粒度組成(q值從0.29、0.260.23)的變化,由于細粉比例的增加導致顆??偙砻娣e增大需要更多的水來潤濕其表面,使加水量略有增加,自流值略有降低,流變性變差——剪切應力、剪切粘度和流動阻力增加。隨鱗片石墨加入量的增加,由于鱗片石墨的不被水潤濕和難分散性使所需加水量大幅度增加(加入5%鱗片石墨時,增加了100),流變性顯著變差。隨造粒石墨和β-Sialon加入量的增加,所需加水量略有增加(加水量從5→6.2)、流動值輕微減少,對流變性略有負面影響。由于造粒石墨的表面特性和比重的改善,β-Sialon共價鍵的極性較弱與水潤濕程度遠好于鱗片石墨,它們對流變性的負面影響遠小于鱗片石墨。
 3)變化微粉比例時、Al2O3微粉/SiO2微粉比例為100/050/50時,隨SiO2微粉含量增加,熱處理后試樣體積密度增加、氣孔率降低、常溫耐壓和抗折強度增加,Al2O3微粉/SiO2微粉比例為為25/75~0/100 時常規物理性能略有下降。隨水泥、鎂砂細粉和Sialon細粉加入量增加,經熱處理后試樣的氣孔率增加、體積密度降低、常溫耐壓和抗折強度降低。隨鱗片石墨和造粒石墨加入量增加,由于石墨與耐火氧化物之間的結合差,使熱處理后試樣的氣孔率增加、體積密度降低、常溫耐壓和抗折強度顯著降低。
 4)Al2O3微粉/SiO2微粉比例=75/25時,不含和含4%造粒石墨、4%β-Sialon的試樣的熱態強度從110烘干后隨處理溫度的升高呈上升趨勢,到1000達到最大值,從1200開始快速下降;4%Sialon的試樣經1500熱處理后,試樣的MOR-T 曲線屬于第一種類型,且Tm(MOR最大值的溫度)800。β-Sialon加入量在 010%范圍內經1500熱處理后試樣在1400下的HMOR增加,含量為4%的試樣具有最大HMOR比不加提高了58.26%。加入Sialon提高了剛玉質澆注料在1400下的高溫抗折強度。
 5)剛玉質澆注料中的水泥含量為2%,改變A12O3微粉/ SiO2微粉比例時,隨SiO2微粉所占比例增加,試樣的抗熱震性逐漸提高。β-Sialon加入量在010%范圍內,試樣的抗熱震性能提高(1100水冷一次后,抗折強度保持率由18%40%以上),當其含量為4%時,試樣的殘余強度和強度保持率達最大值,歸功于適量β-Sialon的彌散填充在剛玉骨架結構中起增強作用。
 6) A12O3微粉/ SiO2微粉比=75/25的剛玉質超低水泥澆注料的熱震臨界溫差Tc200;4%β-Sialon的試樣熱震臨界溫差Tc400,且各溫差下熱震后的強度保持率比空白樣均有明顯的提高;4%造粒石墨的試樣熱震臨界溫差Tc 200。加入非氧化物(造粒石墨、sialon),可明顯提高剛玉基澆注料的抗熱震性能。
 根據以上結果,研制和開發自流或泵送噴射施工澆注料時最佳A12O3微粉/ SiO2微粉比例為50/50~0/100;對于無水泥鋁鎂質澆注料SiO2微粉最佳加入量為3%、A12O3 微粉為6%鎂砂為68%;含48%β-Sialon澆注料的流變性適合于泵送噴射施工。加入適量的非氧化物(石墨、sialon)可提高剛玉基澆注料的高溫機械性能。
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