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    一文了解新技术在耐火材料中应用

    人气:发表时间:2019-01-09 10:45:48

    耐火材料作为高温技术领域的基础材料,广泛应用钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力 、军工等各个领域 。随着技术的不断发展,耐火材料制备工艺也向着精细陶瓷的领域发展,研制和开发了一些特种耐火材料 。目前,先进的制备技术也在耐火材料中得到广泛应用,通过这些技术的应用,研制出性能优良的耐火材料 。下面小编介绍纳米技术、原位合成技术、SHS技术、梯度功能材料(FGM)技术在耐火材料中的应用 。

    1、纳米技术

    纳米技术在耐火材料中的应用主要是在耐火材料中引入纳米粉体 。高纯刚玉引入α-Al2O3纳米粉与α-Al2O3微粉,能够促进固相烧结,提高产品的烧结性能 。在MgO-C质复合耐火材料中,利用纳米碳粉替代鳞片石墨或在基质中原位形成纳米纤维能明显地改善MgO-C耐火材料的使用性能 。

    高纯刚玉粉体

    高铝浇注料中引入Sol-Gel制得的纳米晶尖石,可以提高材料的热震稳定性和抗渣性 。A12O3-SiC-C浇注料中加入硅铝凝胶粉,可以减少材料中的低熔物质的量,使制品经中温、高温热处理后的常温抗折强度及耐压强度有较大提高 。

    2、原位合成技术

    原位合成技术指利用反应生成第二相,以改善耐火材料的性能 。其优点是能够减少克服外加第二相的固有缺陷,同时还可降低产品的价格 。

    例如以ZrSiO4、Al2O3和C作原料,利用反应烧结原位生成SiC颗粒和晶须复合ZAS材料,把SiC颗粒均匀分散于ZAS内,不仅提高了ZAS的力 学性能,而且能够改善含碳耐火材料的性能,并延长其使用寿命 。在Al2O3-C复合耐火材料中,采用原位合成技术生长SiC晶须,可以明显增强Al2O3-C耐火材料强度和韧性 。

    Sialon结合SiC耐火材料

    目前,采用在氮化炉中放入Al2O3-SiO2-SiC混合物,利用反应原位合成Sialon相,制备了Sialon结合SiC耐火材料,还可以采用Si3N4-ZrSiO4-Al2O3混合物为原料,利用原位合成技术制备Sialon-Al2O3耐火材料 。

    3、自蔓延高温合成技术

    随着自蔓延合成技术(SHS技术)的不断发展,其在耐火材料领域也得到一定的应用 。目前,研究者以菱镁矿、白云石和铬矿土等天然原料,利用自蔓延合成技术制备的耐火材料用于铝熔炼炉炉衬,使用寿命优于常规耐火耐火材料;利用自蔓延合成技术烧结法制备的Si3N4-SiC-TiN材料,其孔隙度为8%~15%,可用作高级耐火材料 。


    β-SiC超细粉体

    另外,自蔓延高温焊接技术也有一定的应用,工艺过程是把合适的反应原料填进两耐火材料之间,通过SHS技术使中间原料发生反应,进而焊接两耐火材料 。还可以通过SHS技术合成耐火材料β-SiC超细粉体,粉体比表面积为2.48m2/g,d=0.87 μm 。

    4、梯度功能材料(FGM)技术

    梯度功能材料是为满足在超高温、大温度落差环境下能反复正常工作的需要而开发的一类新型复合材料 。该材料的显著特征是:组分、结构及物性参数呈连续变化 。材料的设计根据工作要求,选择有可能台成的材料组分和恰当的制备方法,并根据材料的物性参数和控制梯度变化的适宜条件组成,进行温度分布和热应力 解析,以确定比应力 达晟小值的组成分布或材料组配 。


    梯度耐火材料示意图

    梯度功能材料技术应用在耐火材料中,主要是基于不同部位对耐火材料的使用性能和结构要求的不同,如复合水口和多层内衬材料,根据不同材料间热膨胀特性匹配和热应力 问题来设计组分渐变的耐火材料 。但要做到FGM在耐火材料中的应用,不仅要解决理论上的问题,同时也要考虑经济效益 。

    5、计算机在耐火材料中的应用

    计算机科学与技术的发展使得计算机在材料科学中的应用日趋广泛,并在耐火材料中得到诸多应用 。通过计算机绘制元系统相图,并计算体系中混合物的液相面温度和最低共熔温度下的液相量,例如计算分析Al2O3一CaO—SiO2三元系统中方镁石初晶区内的高温相组成,还可以采用计算机有限元法可对耐火材料内衬进行热应力 分析,并用来设计内衬和分析内衬损坏原因  。

    利用计算机技术绘制、分析Al2O3一CaO—SiO2三元系统相图

    另外,利用计算机辅助计算的分形、人工神经网络和统计模式也在耐火材料中得以应用,如利用分形和模式识别理论可对O’-Sialon-ZrO2耐火材料的抗氧化机理、断裂机理和目标优化区选取进行研究,并用于指导试验研究工作 。也可应用计算机技术建立模式识别与复合材料的关系,以锆刚玉一莫来石一氮化硼耐火材料为例给出性能优良的参数优化区,找出了各影响因 素之间的关系,用于指导研究 。此外,计算机还可以应用于不定形耐火材料配料和混料系统,采用微机控制系统可实现不定形耐火材料的生产自动化,减少粉体颗粒对操作人员的危害,提高产品的质量和产量 。


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