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浅析烧结刚玉的种类及应用

发布时间:2022-08-21 08:14   来源:火狐体育中国 作者:火狐体育新闻

  当α-Al2O3含量大于90wt%时,我们称这样的耐火材料为烧结刚玉。烧结刚玉是采用Al2O3(γ-Al2O3)为原料,经成型后在1900℃高温下煅烧成的耐火熟料。烧结氧化铝主要由刚玉细晶粒直接结合而制备出来,其体积密度在3.60g/cm3以上,显气孔率在3.0%以下,耐火度≥1800℃。高温煅烧后的α-Al2O3晶体发育良好,呈板状结构,且内部有较多的封闭气孔有利于改善其抗热震、抗剥落性。在不添加添加剂情况下,其烧结刚玉纯度高,体积稳定性好,重烧收缩率极小,因此具有以下性能:

  刚玉中α-Al2O3的原子间键合能较大,烧结较困难,不引入助烧剂前提下,刚玉的烧结温度达到1800℃左右,如此高的烧结温度将使晶界的扩散速度大于气孔通过晶界排出速度,使气孔不易排出,导致材料气密性变差及力学性能的降低。对于烧结刚玉,目前主要采用两种方法来降低烧结温度。一种是通过获得晶粒小、比表面积大、表面活性高的单分散超细粉来降低温度,但此方法对降低Al2O3的烧结温度有限,且烧后试样的晶体较小。另一种方法引入适量的烧结助剂(TiO2、MgO、SiO2等),通过与氧化铝形成固溶体或低温液相的方式来提高扩散系数,降低氧化铝烧结温度。其中复合烧结助剂的致密效果最好,但引入的第二相种类会增多,影响其刚玉相含量及高温性能。而单一添加剂中促烧结效果较好的为TiO2烧结助剂,且不会产生液相,影响其高温性能,因此以TiO2作为刚玉的促烧结助剂得到了广泛的应用。

  目前市场上主要为烧结和电熔这两种刚玉,电熔刚玉主要有电熔白刚玉、电熔铬刚玉、电熔致密刚玉等。但烧结刚玉的品种较电熔刚玉相比较单一,随电费价格上涨,将提高电熔刚玉的生产成本,使烧结刚玉市场进一步扩大,所以研究开发多种烧结刚玉,成为当下研究的热点之一,以下为几种烧结刚玉及其用途。

  轻质烧结刚玉是以过渡相氧化铝为原料,采用发泡技术烧成的具有核壳结构的多孔耐火材料。这种多孔刚玉的孔多为封闭气孔,通过控制发泡剂加入量来控制其致密度。轻质烧结刚玉主要在钢包浇注料中使用,其封闭气孔可以显著降低降低热导率并改善抗热震性。

  微孔烧结刚玉是一种比普通板状刚玉体积密度低的耐火材料。微孔烧结刚玉具有更多的晶内和晶间气孔,孔大小维持在微米级,但其化学组成上与烧结板状刚玉一样。微孔烧结刚玉的气孔使其具有体积密度小、导热率低、强度高等特点。根据此性质,可将微孔烧结刚玉部分替代烧结板状刚玉应用在钢包内,降低热损失。

  致密烧结刚玉是一种新型高密度烧结刚玉。相比普通烧结板状刚玉,致密烧结刚玉的体积密度3.65g/cm3,显气孔率

  烧结钛刚玉是一种在氧化铝中引入TiO2,经成型高温煅烧制备出来的特种刚玉。由于Al2O3与TiO2的晶格常数接近,Ti4+和Al3+会发生有限置换,造成晶格畸变,活化晶格,显著提高烧结活性,降低其烧结温度。烧结钛刚玉的机械强度大,抗弹性能好,可以与β-刚玉一起在玻璃窑的熔池中应用,改善高温条件下的韧性。

  因此,研究不同种类的烧结刚玉,充分发挥烧结刚玉的优良性能,降低其烧结温度,改善其烧后性能,进一步增大烧结刚玉的应用,已成为当下烧结刚玉的发展趋势。

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