泡沫法制备莫来石轻质隔热材料及性能

采用红柱石、刚玉、水泥、粘土、硅微粉为原料,加入减水剂、硅溶胶、泡沫及水,通过改变泡沫的加入量在五种不同温度下烧成制备莫来石质轻质隔热材料,测试试样的容重、气孔率、气孔种类和孔径、常温耐压强度、物相组成和显微结构。采用泡沫法制备的轻质隔热材料试样外观致密,内部气孔分布均匀。试样的主晶相为莫来石相,1400℃烧成试样的烧后线变化和常温耐压强度随容重的增加成线性增加;显气孔率逐渐减小,闭口气孔率基本无变化,大概为3%。     

泡沫注凝法制备刚玉-莫来石多孔陶瓷

以T60板状刚玉粉(d50=10.74μm)、ZTP-200氧化铝微粉(d50=4.96μm)、RG4000煅烧氧化铝微粉(d50=1.46μm)和NS-30型硅溶胶为原料,采用泡沫注凝法制备了刚玉-莫来石多孔陶瓷,主要研究了粉料粒度级配(d50分别为1.46、4.96、10.74μm的三种氧化铝粉料的质量分数分别为44%、26%、30%,36%、28%、36%,30%、29%、41%,21%、29%、50%)和浆料中硅溶胶加入量(质量分数分别为0、2%、4%)对坯体的烧后收缩及烧后试样的致密度、常温耐压强度、热导率、相组成和显微结构的影响。结果表明:1)d50=10.74μm的粗颗粒加入量增加,试样的烧后线收缩率、致密度和常温耐压强度减小;2)硅溶胶加入量增加,试样的烧后线收缩率和体积密度减小,但由于SiO2与Al2O3反应生成莫来石,试样的常温耐压强度变化较复杂;3)泡沫注凝法制备的刚玉-莫来石复相多孔陶瓷具有球形孔结构,平均孔径约为140μm,其性能如下:烧后线收缩率9.29%,体积密度0.78 g·cm-3,显气孔率79.8%,常温耐压强度25.3 MPa,1 000℃(热面温度)下的热导率为0.481W·m-1·K-1。     

α-Al2O3含量对刚玉-莫来石材料物理性能的影响

以电熔莫来石、板状刚玉为骨料,加入不同量α-Al2O3细粉,在1600℃保温3 h烧成。检测了试样的体积密度、显气孔率、抗折强度、抗热震性,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和EDAX分析了试样的显微结构。结果表明,试样在经过1600℃烧成后,随着α-Al2O3微粉含量的提高,试样体积密度和高温抗折强度呈先升高后降低的趋势,耐压强度逐渐降低;α-Al2O3微粉含量为8%的刚玉-莫来石材料,经1600℃烧成后α-Al2O3颗粒长大,分布均匀,结合紧密,形成连续的交错网络骨架结构,具有较好的物理性能。     

蓝晶石粒度对刚玉-莫来石材料性能的影响

以粒度为2～1mm和1～0.5mm的M60莫来石为骨料,以电熔白刚玉粉以及粒度分别为0.8～0.355mm、0.355～0.088mm和<0.088mm的蓝晶石为基质料,以少量二氧化硅微粉和苏州土为结合剂,制成36mm×36mm的试样,在110℃干燥24h后,分别在1200℃、1300℃、1400℃和1500℃保温3h煅烧,然后测定烧后试样的线变化率、显气孔率、体积密度和耐压强度。结果表明:(1)对于在各温度下煅烧后的试样,添加粒度<0.088mm蓝晶石的试样烧后线变化率和显气孔率较添加粒度>0.088mm蓝晶石的小,体积密度和耐压强度较添加粒度>0.088mm蓝晶石的大;(2)当添加粒度<0.088mm的蓝晶石时,随着煅烧温度的升高,试样的烧后线变化率、显气孔率、体积密度和耐压强度变化较小;当添加粒度>0.088mm的蓝晶石时,随着煅烧温度的升高,试样的烧后线变化率和显气孔率迅速增大,体积密度和耐压强度迅速减小。     

AlF3对莫来石-刚玉质窑具性能与显微结构的影响

以莫来石(3~1mm)和刚玉(≤1mm)为骨料,以α-Al2O3(3~5μm)、硅线石(≤0.045mm)、硅微粉(3~5μm)、粘土(≤0.045mm)为基质料,分别外加0、9%和12%的添加剂AlF3(d50=12.03μm),成型后分别在1700℃和1725℃保温4h烧成,制得莫来石-刚玉质窑具试样,然后检测烧成后试样的显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度和抗热震性能,并采用扫描电镜分析烧成后试样的显微结构。结果表明随着AlF3含量的增加,烧成后试样的显气孔率逐渐增大;引入AlF3后,烧成后试样的常温耐压强度、常温抗折强度和热震后抗折强度保持率均提高,且以外加9%的最高,外加12%的次之;加入AlF3的试样在1725℃烧成后,有类似晶须状的柱状莫来石形成,这有利于其强度和抗热震性能的提高。     

反应烧结法合成镁铝尖晶石耐火材料

以合成镁铝尖晶石(分为<350μm、<177μm和<74μm三种粒级)、镁砂(粒度<88μm)和刚玉粉(粒度<44μm)为原料,配制成尖晶石粒度不同,n尖晶石:n镁砂:n刚玉粉分别为80:10:10、60:20:20、40:30:30、30:35:35、20:40:40和10:45:45的试料,分别以100MPa、150MPa和200MPa的压力压制成50mm×20mm的柱状试样,在120℃干燥24h后于1600℃2h烧成,通过反应烧结法合成镁铝尖晶石耐火材料。测量烧后试样的线变化率、显气孔率和体积密度,并利用XRD和SEM分析烧后试样的相组成和显微结构。试验结果表明:随着镁砂和刚玉粉含量的增加以及尖晶石原料粒度的增大,烧后试样的线收缩率和体积密度减小,显气孔率增大;随着成型压力的增大,试样的线收缩率和显气孔率减小,体积密度增大;采用粒度<177μm的尖晶石原料,按n尖晶石:n镁砂:n刚玉粉=20:40:40的比例配料,在200MPa压力下成型,经1600℃2h烧成,可获得显气孔率为16.3%,烧成线收缩率为0.42%的镁铝尖晶石耐火材料。     

烧结温度对莫来石多孔陶瓷结构与性能的影响

以含锆硅线石为主要原料,α-Al₂O₃粉为辅料,改性淀粉为造孔剂,原位烧结制备了莫来石多孔陶瓷试样。研究了烧结温度(1 400～1 600℃,间隔50℃)对试样物相组成、显微结构及性能的影响。结果表明：1)随烧结温度的升高,试样中莫来石衍射峰的强度逐渐增强,莫来石晶粒逐渐发育长大,其外观呈现明显的台阶状形貌,符合二维成核生长机制。2)随烧结温度的升高,烧后试样的体积密度呈先减后增趋势,而显气孔率和线变化率的变化趋势则与之相反,常温耐压强度则呈逐渐增大趋势。3)当烧结温度为1 550～1 600℃时,试样综合性能较佳,莫来石晶粒发育长大并致密结合,适于在高温下使用。     

电熔白刚玉细粉对RH炉用刚玉质浇注料性能的影响

为进一步提高RH炉用刚玉质浇注料的抗热震性,以烧结刚玉为骨料,烧结刚玉粉、活性氧化铝微粉和铝酸钙水泥(Secar 71)为基质,用电熔白刚玉粉替代基质中烧结刚玉粉,研究了电熔白刚玉加入量对RH炉浇注料1 600℃烧后体积密度、显气孔率、线变化、常温抗折强度、常温耐压强度以及抗热震性能的影响,并用SEM对试样进行显微结构分析。结果表明:随着电熔白刚玉粉加入量的增加,试样的体积密度、热震次数逐渐增加,显气孔率、线变化率逐渐减小,这与试样中生成的六铝酸钙量有关。当电熔白刚玉粉替代量为20%(w)时,试样的抗热震性最好。     

发泡法制备孔结构可控的镁质轻质料

利用发泡法在1 580℃保温3 h烧成制备镁质轻质料,并研究泡沫搅拌时间(5、10、15和20 min)、泡沫加入量(每千克料浆中分别加入300、500、700和900 m L)、镁砂粒度(平均粒度0. 3、3. 48、20. 16和40μm)对烧后试样体积密度、显气孔率和耐压强度的影响,并通过SEM分析了其显微结构。结果表明:当泡沫搅拌时间为15 min时,烧后试样的体积密度最小,常温耐压强度最大,显气孔率最大,气孔分布均匀,孔径为20～40μm;随着料浆中泡沫量的增加,烧后试样的体积密度和常温耐压强度减小,显气孔率增加,孔径增大且分布分散;随着镁砂粒度的减小,烧后试样的体积密度减小,常温耐压强度增大,显气孔率增加,孔径减小且分布均匀,气孔壁变薄。     

红柱石对莫来石-高硅氧玻璃材料性能的影响

以莫来石M40(3~1 mm、≤1 mm和≤0.088 mm)和红柱石(1~0.5 mm、≤1 mm和≤0.074 mm)为原料,固定骨料和基质质量分数分别为70%和30%,调整红柱石的加入量(≤0.088 mm的加入量分别为0、5%、10%、15%、20%)和粒度(3种粒度分别添加10%),外加5%的硅溶胶结合剂,经混合、成型和烘干后,于1 200~1 600℃的空气气氛中保温3 h煅烧,测定烧后试样的线变化率、显气孔率、体积密度、耐压强度、荷重软化温度和抗热震性,并用SEM观察热震前后试样的显微结构。结果表明:(1)在相同煅烧温度下,随红柱石粉(≤0.088 mm)含量的增加,试样的线收缩率减小,显气孔率增大,体积密度下降或基本保持不变,耐压强度总体上逐渐增大;(2)在红柱石粉添加量相同的情况下,随煅烧温度的提高,试样线收缩率增大,显气孔率下降,体积密度增大,耐压强度升高;(3)加入不同粒度的红柱石均有利于提高材料的荷重软化温度,且采用1~0.5 mm的红柱石和提高烧成温度更加有效;加入不同粒度红柱石的试样,抗热震性均不是很好,其中以加入≤1 mm红柱石的试样抗热震性最好,加入1~0.5 mm的次之,加入≤0.074 mm的最差。     

粉煤灰资源化合成莫来石材料及其性能研究

以天然铝矾土和工业废物粉煤灰为原料,运用反应烧结合成了低成本的莫来石陶瓷材料。结果证明,刚玉与方石英相在1200～1300℃间通过固态反应生成二次莫来石,在温度高于1300℃时,刚玉相熔于短暂玻璃相中。二次莫来石化及莫来石晶体生长所导致的样品体膨胀大于液相烧结所引起的收缩,导致样品出现膨胀现象。1600℃烧结样品的平均热膨胀系数为5.40×10-6℃-1,平均抗弯强度186.19 MPa。莫来石在强酸强碱热溶液中表现出两个阶段:快速阶段(0～5h)和低速阶段(5～20h),这分别对应于样品的表面腐蚀和体腐蚀过程。     

蓝晶石含量对球形45莫来石轻骨料浇注料显微结构及性能的影响

为改善含球形45莫来石轻骨料浇注料的体积稳定性和显微结构,引入了不同含量的蓝晶石(w=8%、10%、12%、14%、16%).采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜等对1300℃保温3 h煅烧后试样的物相组成、显微结构与性能进行了表征.研究发现:随着蓝晶石含量的增加,1300 ℃煅烧后试样的强度显著降低,线变化率由-0.87%逐渐增加至0.64%,骨料基质结合程度先变好后变差.综合考虑各项性能,含12%蓝晶石的试样综合性能最优:1.73 g/cm3的体积密度,36.8%的显气孔率,29.3 MPa的耐压强度,0.18%的线变化率,0.58 W/(m· K)的导热系数(800 ℃)和1339 ℃(T0.6)的荷重软化温度.     

基于高岭土制备轻量微孔莫来石骨料结构与性能研究

以高岭土细粉和α-Al2O3微粉为主要原料,采用原位分解法制备轻量微孔莫来石骨料,研究了铝硅摩尔比及热处理温度对轻量微孔莫来石骨料结构与性能的影响.结果表明:经过1400～1600℃热处理后,富铝莫来石试样中除主要物相莫来石相外,还残余一定量刚玉相,接近理论莫来石组成试样及富硅试样均仅检测到莫来石相;所制备的轻量骨料孔径分布主要集中于0.1 ～4 μm范围,均具有微孔结构;随着热处理温度的升高,骨料的体积密度上升,显气孔率下降,耐压强度上升;经1500℃热处理后,富铝试样体积密度为2.49 g/cm3、显气孔率为25.6％、耐压强度为146 MPa;接近理论莫来石组成试样及富硅试样体积密度均小于1.95 g/cm3、显气孔率大于38.0％,1000℃时导热系数均小于0.77 W/(m·K).     

Insight into the corrosion failure of mullite thermal insulation materials in carbon monoxide

The service condition of mullite thermal insulation materials is complicated, the effects of carbon deposition are always considered the primary cause of damage to mullite ceramic in carbon monoxide atmosphere. In the present study, mullite thermal insulation material was subjected to a carbon monoxide atmosphere at 1100°C–1400°C. The thermodynamics stability, phase composition, and microstructure of the mullite thermal insulation material were analyzed. Furthermore, the effects of carbon monoxide corrosion on thermal shock resistance and compressive creep behavior at high temperatures were evaluated. The carbon content in the mullite-based insulation material is below 0.02% after treatment at 1100°C–1400°C. After treatment at 1400°C, most areas in the specimen comprised corundum and glass phase, and K, Na, Ca, Mg, and Fe were detected as impurities, leading to the improvement of cold crushing strength after 20 thermal shocks but a remarkable recession in high-temperature compressive creep.     

Effects of firing temperature on the microstructures and properties of porous mullite ceramics prepared by foam-gelcasting

Porous mullite ceramics were prepared at 1300–1600°C for 2?h via a foam-gelcasting route using industrial-grade mullite powders as the main raw material, Isobam 104 as the dispersing and gelling agent, triethanolamine lauryl sulphate as the foaming agent and sodium carboxymethyl cellulose as the foam stabilising agent. The effects of firing temperature on the sintering behaviour of green samples as well as microstructures and properties of final porous mullite products were investigated. With increasing the temperature from 1300 to 1600°C, linear shrinkage and bulk density values of fired samples increased, whereas their porosity decreased. Mechanical strength and thermal conductivity values of fired samples decreased with increasing their porosities. Even at a porosity level as high as 79.4%, compressive and flexural strengths of fired samples (with average pore size of 314?μm) remained as high as 9.0 and 3.7?MPa, respectively, and their thermal conductivity (at 200°C) remained as low as 0.21?W?(m^?1?K^?1).     

刚玉–莫来石–镁铝尖晶石复合陶瓷的原位合成及热震行为

以α-Al2O3、苏州土、滑石和石英为主要原料,采用无压烧结制备了刚玉–莫来石–镁铝尖晶石多相复合陶瓷,研究了烧结温度对样品的体积密度、线性收缩率和吸水率等烧结性能以及机械性能的影响。通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复相陶瓷热震前后的物相组成和显微结构。结果发现：经1480℃烧结的样品吸水率为0.19%,体积密度为3.06g/cm3,抗折强度达99.59MPa,复合材料有较好的热震性能,1100℃空冷热震损失率仅6.9%,可耐受17次热冲击。该复相陶瓷可作为潜在的太阳能热发电材料。     

水泥窑用特种硅莫砖的研制及应用

以高铝矾土熟料、90碳化硅、棕刚玉为主要原料,添加红柱石粉、广西白泥等外加剂,通过合理的颗粒级配,采用高压成型、高温烧成等方法,制备出水泥窑用特种硅莫砖,并研究了烧成后试样的体积密度、气孔率、强度、微观结构和耐磨性.结果表明:添加6％红柱石粉在1420℃制备的硅莫砖的性能最优,其体积密度为2.74 g/cm3,抗热震性30次,磨损量为1.06 cm3,热导率为1.65 W/(m·K),耐压强度高达159 MPa,在5000 t/d水泥回转窑过渡带上使用该产品,寿命可达一年以上,这是由于窑简体外表面温度比使用镁尖晶石砖平均降低80℃以上,极为有效地延长了该砖衬的使用寿命.     

锆英石加入量对莫来石-刚玉材料性能的影响

以板状刚玉、电熔莫来石、Al2O3粉、硅线石和粘土为原料,制备了莫来石-刚玉高温窑具,并研究了锆英石加入量对其力学性能和抗热震性能的影响.试验结果表明,随着锆英石细粉的增加,抗折强度有所下降,抗热震性能有较大改善,当锆英石细粉加入量为12%时,获得较好的热震性能.同时还发现随着烧成温度的升高,试样热震性能出现下降.     

Porous Mullite Preforms via Fused Deposition

Nonrandom porous mullite ceramic preforms were fabricated by the indirect fused deposition process. MgO was added to commercial mullite powders as a sintering aid. The influence of porosity and the amount of MgO on the densification and mechanical properties was studied. The shrinkage and compressive strength of the porous samples were found to increase with increasing MgO content. At constant MgO concentration, shrinkage was found to decrease linearly as the volume fraction of porosity increased. The compressive strength of porous samples decreased with an increase in the volume fraction of porosity at constant MgO content.