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抗剥落高铝砖中ZrO2的真实作用

添加时间:2020年10月20日  浏览次数:

高铝砖生产中添加一定量的ZrSiO4成分可提高材料的整体抗热震性能,即就是我们所谈及的抗剥落性能,高铝砖在使用过程中会受到窑炉的启停及正常生产后的温度变化,这样势必对高铝砖造成一定的冷压冲击使得高铝砖表面产生裂纹最终脱层剥落。所以在后来的生产技术中添加一定量的,可以增强增韧的原料ZrSiO4来提高高铝砖的抗剥落性能。

ZrO2斜锆石具有三种晶型:单斜型(m-Zr02),四方型(t-Zr02)和立方型(c-ZrO2)。这三种晶型之间的相转变关系如下:

m-Zr02和t-Zr02之间的晶型转变属于位移性转变,具有马氏体相变特征,伴随的体积效应较大(约5%).且呈反常现象。即加热时(m→t)产生体积收缩,冷却时(t→m)产生体积膨胀。

高铝砖

锆英石ZrSiO4改善高铝砖制品抗热震性的原因,在于高温下基质中发生了下列反应,生成t-ZrO2(四方Zr02),四方Zr02进而在制品冷却过程中发生向m-Zr02(单斜Zr02)的转变,它对改善制品的抗热震性起着重要作用: 

具体而言,就是锆英石材料抗热震性的改善源于t-ZrO2向m-Zr02的相变。ZrO2相变增韧的机制则包括两个方面:一是相变本身减弱了主裂纹尖端附件的应力场,从而使裂纹扩展中止,即当在母相基质中引入介稳定的四方ZrO2后,当温度降低到四方ZrO2的确相变温度以下时,按理即应产生转化为单斜ZrO2的相变并伴随一个相变自由能△G相变 然而,由于四方ZrO2是包埋在母相基质中的,相变时的体积膨胀会导致母相基体反过来对它产生一个压应力,形成一个阻止相变的弹性应变能,其值等于1/2Eε(E为弹性模量,ε为伴随相变的应变值)。当1/2Eε2 >△G相变 时,则相变就不能发生。当基体承受一张力时,在基体原有裂纹尖端附近必然是一个集中的张应力区,致使主裂纹尖端附近的四方相所承受的压应力得以减弱甚至消失,因而即转化为单斜相。这样,相变就得以发生,其结果就使得主裂纹尖端附近的应力场减弱,从而使主裂纹扩展中止,或需要外界施自哽太的张力才能使裂纹延伸,这就提高了材料的断裂韧性。

ZrSiO4改善高铝砖制品的机理在于高温下分解形成了一定量的t-ZrO2,t-ZrO2继而在应力诱变下发生相m-Zr02的转变。而该相本身以及因该相变而产生的裂纹,一方面因产生新的裂纹表面而吸收能量,另一方面相变粒子产生的体积膨胀也将对主裂纹产生压应力,阻碍扩展。所以能够提高高铝砖的抗剥落性。

 

关键词:高铝砖   
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