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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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