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摘要:研究了氮化硅加入物對(duì)石英陶瓷性能的影響。結(jié)果表明,氮化硅有助于石英陶瓷的燒結(jié),而對(duì)燒結(jié)溫度無影響。在1150℃~1200℃的溫度范圍內(nèi),添加0.5~1.5%的氮化硅不會(huì)引導(dǎo)石英玻璃的析晶。燒成在1150℃~1200℃溫度范圍內(nèi),石英陶瓷的強(qiáng)度、體積密度隨氮化硅的添加量加大和燒結(jié)溫度提高而加大,而石英陶瓷的顯氣孔率隨氮化硅添加量的加大和燒結(jié)溫度的升高而減小。
蘇州創(chuàng)新陶瓷水平鋼化爐用石英陶
1前言
要想獲得高體積密度、高度度、低顯氣孔率的石英陶瓷制品,即摻入加入物的方法可得以實(shí)現(xiàn)。己有文獻(xiàn)[1,2]報(bào)導(dǎo),添加NPS復(fù)合劑、硼酸、磷酸,可使石英陶瓷的性能(密度、強(qiáng)度、顯氣孔率)得到改善。雖然探討加入物對(duì)石英陶瓷性能影響的研究工作對(duì)提高石英陶瓷性能的探索具有重要意義,但這方面的研究工作開展得不太廣泛,相關(guān)文獻(xiàn)甚少。迄今為止,尚無人研究過氮化硅加入物對(duì)石英陶瓷性能的影響,為此,我們以其作為研究課題,討論氮化硅對(duì)石英陶瓷的燒結(jié)、析晶及其性能的影響。
2實(shí)驗(yàn)
2.1原料
蘇州創(chuàng)新陶瓷熔融石英粉(S102>99.75),氮化硅(UBE),乳酸(A.R)
2.2試樣制備
制粉:將塊狀熔融石英破碎后,過29目篩得石英粉待用。
制漿:在以瑪瑙球?yàn)檠心ンw的塑料球磨罐中加入原料進(jìn)行球磨制漿。其中,粉料是含有氮化硅0.5~1.5%的石英粉,球:料:水:乳酸=1:2.0:0.16:0.01。制漿時(shí),粉料分二次加入,靠前次加入70%,第二次加剩余的30%,而水與乳酸是靠前次加入的。球磨制度是靠前批料球磨24小時(shí)后,再加入第二批料后球磨2小時(shí)制得泥漿。
成形:將己制好的泥漿注入內(nèi)側(cè)涂有石墨粉脫模劑的石青模中,注漿成形,待干后,脫模待燒。
燒制:在馬弗爐中,以每小時(shí)350℃一400℃的升溫速度達(dá)到所需溫度后,保溫2小時(shí),隨爐冷卻。
2.3性能測(cè)試
用非標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)試其體積密度。常溫耐壓強(qiáng)度、顯氣孔率,蘇州創(chuàng)新陶瓷并選擇性地對(duì)部分試樣作P射線衍射分析。
3結(jié)果分析
將石英陶瓷按試樣制備條件燒成,其燒結(jié)結(jié)果如表所示。取部分試樣作卜射線衍射檢驗(yàn),其結(jié)果如圖所示。
3.1氮化硅對(duì)石英陶瓷燒結(jié)溫度的影響
由表結(jié)果看出,石英陶瓷在1100℃~1200℃的燒成溫度范圍內(nèi),未添加氮化硅的試樣(SM一00)和添加氮化硅的試樣(SN一05石NI0、SNI5)兩者的耐壓強(qiáng)度、體積密度。顯氣孔率數(shù)值發(fā)生顯著變化的溫度值均為1150℃,這表明它們產(chǎn)生燒結(jié)的溫度都是1150℃,可以得出這樣的結(jié)論:氮化硅的加入并不影響石英陶瓷的燒結(jié)溫度;氮化硅的添加量(0.5%~1.5%)對(duì)燒結(jié)溫度也不產(chǎn)生影響。
燒結(jié)試樣的檢驗(yàn)結(jié)果
3.2氮化硅對(duì)石英陶瓷性能的影響
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,氮化硅的加入,對(duì)石英陶瓷性能的影響較大。在1150℃~1200℃的燒成溫度范圍內(nèi),添加0.5~1.5%的氮化硅,試樣的體積密度顯著加大,耐壓強(qiáng)度大幅度提高,顯氣孔率明顯降低。由此得出結(jié)論:氮化硅的加入,可促進(jìn)燒結(jié),提高石英陶瓷的強(qiáng)度,增加體積密度,降低顯氣孔率,使制品致密化??梢哉J(rèn)為,添加氮化硅的試樣在燒結(jié)過程中,氮化硅氧化為非晶質(zhì)二氧化硅,這種非晶質(zhì)二氧化硅傾向粘性流動(dòng),可促進(jìn)二氧化硅的燒結(jié)[3],對(duì)性能有較大改善。
另外,氮化硅的添加量和燒成溫度對(duì)石英陶瓷性能的影響也呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。在燒成溫度確定的條件下,石英陶瓷耐壓強(qiáng)度。體積密度隨氮化硅添加量的增加而加大,而其顯氣孔率則隨氮化硅添加量的增加而降低;當(dāng)?shù)杼砑恿恳欢〞r(shí),燒成溫度提高,石英陶瓷的耐壓強(qiáng)度和體積密度加大,而其顯氣孔率降低。
3.3氮化硅對(duì)石英陶瓷析晶的影響
文獻(xiàn)[4]報(bào)導(dǎo),方石英化的溫度為1050℃,雖然實(shí)際的方石英化溫度有些出入,但它可作為參考。選擇燒成溫度時(shí)應(yīng)該非常謹(jǐn)慎,如果在石英陶瓷的燒制過程中發(fā)生了石英玻璃的方石英化,那么相變的體積變化將導(dǎo)致陶瓷結(jié)構(gòu)開裂、松散和熱穩(wěn)定性下降等,因此本實(shí)驗(yàn)選擇燒成較高溫度為1200℃。
如圖給出了1200℃溫度條件下不同氮化硅添加量的石英陶瓷試樣的卜射線衍射結(jié)果,蘇州創(chuàng)新陶瓷結(jié)果表明:氮化硅的加入并未引起石英陶瓷的析晶。
由文獻(xiàn)[4]可知,石英玻璃對(duì)加人物較為敏感,幾乎所有的雜質(zhì)都是促進(jìn)玻璃相轉(zhuǎn)化為方石英的礦化劑。而本實(shí)驗(yàn)所摻入的氮化硅未導(dǎo)致石英玻璃的析晶,其原因可能是氮化硅被氧化所產(chǎn)生的粘性流動(dòng)態(tài)非晶質(zhì)二氧化硅促進(jìn)了石英陶瓷的燒結(jié),在整個(gè)燒結(jié)過程中,由于無外界致因產(chǎn)生斷鍵重要建式相變,故不發(fā)生方石英化。
4結(jié)論
通過實(shí)驗(yàn),可以得出這樣的結(jié)論:氮化硅對(duì)石英陶瓷的燒結(jié)晶溫度無影響,而對(duì)石英陶瓷的燒結(jié)有促進(jìn)作用。在1150℃~1200℃范圍內(nèi),石英陶瓷的強(qiáng)度、體積密度隨氮化硅添加量的加大和燒結(jié)溫度的提高而加大,而石英陶瓷的顯氣孔率則隨添加量的加大和燒結(jié)溫度的提高而減小。
參考文獻(xiàn)
1趙旭光等.耐火材料,1994,Vol.20,No.3
2楊行安等.耐火材料,1994,Vol.28,No.4
3TatsumiYabuki等.國(guó)外耐火材料,1989,(3)期,72-76
4陳肇友.耐火材料,1993(3)期:1-5
2024-10-17
2024-10-11
2024-10-10
2024-09-18
2024-09-02
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