简析氮化硅粉氮化、碳化原位形成非氧化物对刚玉浇注料改性

论文导读：n和SiC非氧化物结合相，显著改善了材料的高温性能。氮化后，试样1200℃的热态抗折强度由不含Si粉时的10.5MPa提升到加10%Si粉时的32.0MPa，1400℃的热态抗折强度则由不含Si粉时的0.4MPa提升到5.7MPa。热震后残余抗折强度保持率由不含Si粉时的46.7%提升到102.6%。碳化后，1400℃热态抗折强度由不含Si粉时的

1.6MPa提升到加10%Si粉时

摘要：氧化物-非氧化物复合是耐火材料实现高性能的重要途径。但在浇注料中利用原位反应形成非氧化物结合方面的探讨报道甚少。针对高炉风口用耐火材料的高性能化和采取浇注料预制件的需求，本工作尝试在刚玉基浇注料中添加Si粉，通过氮化、碳化形成原位非氧化物结合相而改善性能。本工作由三部分构成。首先探讨了硅粉加入量对超低水泥刚玉浇注料氮化后性能的影响；其次探讨了埋炭碳化对加入硅粉的刚玉浇注料性能的影响；最后探讨了结合系统对加入一定量硅粉的刚玉浇注料氮化后性能的影响。分别以亚白刚玉和板状刚玉为骨料，板状刚玉细粉、SiC细粉、Si粉、纯铝酸钙水泥、α-Al_2O_3微粉和SiO2微粉为基质，制备了刚玉基超低水泥浇注料。探讨了Si粉加入量分别为0%、4%、6%、8%和10%时对分别氮化、碳化后材料物理性能、常温强度、热态抗折强度、热震稳定性、耐磨性、抗碱侵蚀性和显微结构的影响。对加入10%Si粉的浇注料，探讨了结合系统中水泥加入量的变化对氮化后试样性能、相组成和显微结构的影响。引入硅粉的刚玉浇注料经氮化、碳化后，原位形成了β-Sialon，O’-Sialon和SiC非氧化物结合相，显著改善了材料的高温性能。氮化后，试样1200℃的热态抗折强度由不含Si粉时的10.5MPa提升到加10%Si粉时的32.0MPa，1400℃的热态抗折强度则由不含Si粉时的0.4MPa提升到5.7MPa。热震后残余抗折强度保持率由不含Si粉时的46.7%提升到102.6%。碳化后，1400℃热态抗折强度由不含Si粉时的1.6MPa提升到加10%Si粉时的8.3MPa。热震后残余抗折强度保持率由S0的64.9%提升到S10的137.9%左右。原位形成的非氧化物在刚玉颗粒间形成穿插交错的网络结构，可显著提升材料的热态强度和热震稳定性。同时，在刚玉骨料的边缘也生成了非氧化物相，强化了基质和骨料的结合，以而有利于热态强度的提升。含水泥的结合系统会形成玻璃相及钙长石相，虽有利于常温强度的提升，但在高温下易软化，对热态强度不利。用水合氧化铝替代铝酸钙水泥，可降低CaO的含量，显著提升浇注料的热态抗折强度。1400℃的热态抗折强度由超低水泥结合系统时的4.5MPa提升到无水泥结合系统时的21.1MPa。本探讨揭示和证实了在刚玉基浇注料中引入Si粉，采取氮化、碳化处理可实现结合相的非氧化物化或氧化物-非氧化物复合化，以而实现材料的高性能化；无水泥结合系统更有利于1400℃时热态强度的保持。本工作取得的结果可为此类浇注料预制件的性能优化和运用提供依据和指导。关键词：刚玉浇注料论文硅粉论文氮化论文碳化论文热态强度论文热震稳定性论文显微结构论文耐火材料论文
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ABSTRACT4-9
第1章 文献综述9-21

1.1 不定形耐火材料的新进展9-13

1.1 不定形耐火材料的预制件化10-11

1.2 结合系统的纯净化11

1.3 非氧化物复合化11-13

1.2 常用非氧化物结合相13-16

1.2.1 氮化硅13-14

1.2.2 塞隆14-15

1.2.3 碳化硅15-16

1.3 刚玉浇注料及有着不足16-17

1.4 非氧化物在刚玉浇注料中的运用17-20

1.4.1 直接引入非氧化物17-18

1.4.2 原位反应形成非氧化物18-20

1.5 课题的探讨内容、作用20-21

第2章 探讨思路和实验历程21-29

2.1 原料22-23

2.2 试样的制备23

2.3 性能检测及策略23-29

2.3.1 显气孔率和体积密度23-24

2.3.2 永久线变化率24-25

2.3.3 常温力学性能25-26

2.3.4 热态抗折强度26

2.3.5 热震稳定性26

2.3.6 耐磨性26-27

2.3.7 抗碱性27-28

2.3.8 物相浅析28

2.3.9 显微结构28-29

第3章 硅粉加入量对刚玉基浇注料氮化后性能的影响29-41

3.1 常温物理性能29-32

3.

1.1 流动性和加水量29-30

3.

1.2 永久线变化率30

3.

1.3 体积密度和显气孔率30-31

3.1.4 常温抗折强度和耐压强度论文导读：-52第5章硅粉加入量对刚玉浇注料碳化后性能的影响52-615.1常规物理性能52-535.2常温抗折强度和耐压强度53-545.3高温性能54-565.3.1热态抗折强度54-555.3.2热震稳定性55-565.4物相组成56-575.5显微结构57-605.6小结60-61第6章结论和对进一步工作的倡议61-63参考文献63-67致谢67-68攻读硕士学位期间的探讨成果68
31-32

3.2 高温性能32-36

3.

2.1 热态抗折强度32-34

3.

2.2 热震稳定性34

3.

2.3 高温耐磨性34-36

3.

2.4 抗碱蒸汽侵蚀性36

3.3 物相组成36-37

3.4 显微结构37-40

3.5 小结40-41

第4章 水合氧化铝加入量对刚玉基浇注料氮化后性能的影响41-52

4.1 常规物理性能41-44

4.

1.1 加水量和流动性41-42

4.

1.2 永久线变化率42

4.

1.3 体积密度和显气孔率42-43

4.

1.4 常温抗折强度和耐压强度43-44

4.2 高温性能44-48
4.

2.1 热态抗折强度44-46

4.

2.2 热震稳定性46

4.

2.3 抗碱蒸汽侵蚀性46-48

4.

2.4 常温耐磨性48

4.3 物相组成48-49

4.4 显微结构49-51

4.5 小结51-52

第5章 硅粉加入量对刚玉浇注料碳化后性能的影响52-61

5.1 常规物理性能52-53

5.2 常温抗折强度和耐压强度53-54

5.3 高温性能54-56

5.

3.1 热态抗折强度54-55

5.

3.2 热震稳定性55-56

5.4 物相组成56-57

5.5 显微结构57-60

5.6 小结60-61

第6章 结论和对进一步工作的倡议61-63
参考文献63-67
致谢67-68
攻读硕士学位期间的探讨成果68