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    一文了解新技術在耐火材料中應用

    人氣:發表時間:2019-01-09 10:45:48

    耐火材料作為高溫技術領域的基礎材料,廣泛應用鋼鐵、有色金屬、玻璃、水泥、陶瓷、石化、機械、鍋爐、輕工、電力、軍工等各個領域。隨著技術的不斷發展,耐火材料制備工藝也向著精細陶瓷的領域發展,研制和開發了一些特種耐火材料。目前,先進的制備技術也在耐火材料中得到廣泛應用,通過這些技術的應用,研制出性能優良的耐火材料。下面小編介紹納米技術、原位合成技術、SHS技術、梯度功能材料(FGM)技術在耐火材料中的應用。

    1、納米技術

    納米技術在耐火材料中的應用主要是在耐火材料中引入納米粉體。高純剛玉引入α-Al2O3納米粉與α-Al2O3微粉,能夠促進固相燒結,提高產品的燒結性能。在MgO-C質復合耐火材料中,利用納米碳粉替代鱗片石墨或在基質中原位形成納米纖維能明顯地改善MgO-C耐火材料的使用性能。

    高純剛玉粉體

    高鋁澆注料中引入Sol-Gel制得的納米晶尖石,可以提高材料的熱震穩定性和抗渣性。A12O3-SiC-C澆注料中加入硅鋁凝膠粉,可以減少材料中的低熔物質的量,使制品經中溫、高溫熱處理后的常溫抗折強度及耐壓強度有較大提高。

    2、原位合成技術

    原位合成技術指利用反應生成第二相,以改善耐火材料的性能。其優點是能夠減少克服外加第二相的固有缺陷,同時還可降低產品的價格。

    例如以ZrSiO4、Al2O3和C作原料,利用反應燒結原位生成SiC顆粒和晶須復合ZAS材料,把SiC顆粒均勻分散于ZAS內,不僅提高了ZAS的力學性能,而且能夠改善含碳耐火材料的性能,并延長其使用壽命。在Al2O3-C復合耐火材料中,采用原位合成技術生長SiC晶須,可以明顯增強Al2O3-C耐火材料強度和韌性。

    Sialon結合SiC耐火材料

    目前,采用在氮化爐中放入Al2O3-SiO2-SiC混合物,利用反應原位合成Sialon相,制備了Sialon結合SiC耐火材料,還可以采用Si3N4-ZrSiO4-Al2O3混合物為原料,利用原位合成技術制備Sialon-Al2O3耐火材料。

    3、自蔓延高溫合成技術

    隨著自蔓延合成技術(SHS技術)的不斷發展,其在耐火材料領域也得到一定的應用。目前,研究者以菱鎂礦、白云石和鉻礦土等天然原料,利用自蔓延合成技術制備的耐火材料用于鋁熔煉爐爐襯,使用壽命優于常規耐火耐火材料;利用自蔓延合成技術燒結法制備的Si3N4-SiC-TiN材料,其孔隙度為8%~15%,可用作高級耐火材料。


    β-SiC超細粉體

    另外,自蔓延高溫焊接技術也有一定的應用,工藝過程是把合適的反應原料填進兩耐火材料之間,通過SHS技術使中間原料發生反應,進而焊接兩耐火材料。還可以通過SHS技術合成耐火材料β-SiC超細粉體,粉體比表面積為2.48m2/g,d=0.87 μm。

    4、梯度功能材料(FGM)技術

    梯度功能材料是為滿足在超高溫、大溫度落差環境下能反復正常工作的需要而開發的一類新型復合材料。該材料的顯著特征是:組分、結構及物性參數呈連續變化。材料的設計根據工作要求,選擇有可能臺成的材料組分和恰當的制備方法,并根據材料的物性參數和控制梯度變化的適宜條件組成,進行溫度分布和熱應力解析,以確定比應力達晟小值的組成分布或材料組配。


    梯度耐火材料示意圖

    梯度功能材料技術應用在耐火材料中,主要是基于不同部位對耐火材料的使用性能和結構要求的不同,如復合水口和多層內襯材料,根據不同材料間熱膨脹特性匹配和熱應力問題來設計組分漸變的耐火材料。但要做到FGM在耐火材料中的應用,不僅要解決理論上的問題,同時也要考慮經濟效益。

    5、計算機在耐火材料中的應用

    計算機科學與技術的發展使得計算機在材料科學中的應用日趨廣泛,并在耐火材料中得到諸多應用。通過計算機繪制元系統相圖,并計算體系中混合物的液相面溫度和最低共熔溫度下的液相量,例如計算分析Al2O3一CaO—SiO2三元系統中方鎂石初晶區內的高溫相組成,還可以采用計算機有限元法可對耐火材料內襯進行熱應力分析,并用來設計內襯和分析內襯損壞原因。

    利用計算機技術繪制、分析Al2O3一CaO—SiO2三元系統相圖

    另外,利用計算機輔助計算的分形、人工神經網絡和統計模式也在耐火材料中得以應用,如利用分形和模式識別理論可對O’-Sialon-ZrO2耐火材料的抗氧化機理、斷裂機理和目標優化區選取進行研究,并用于指導試驗研究工作。也可應用計算機技術建立模式識別與復合材料的關系,以鋯剛玉一莫來石一氮化硼耐火材料為例給出性能優良的參數優化區,找出了各影響因素之間的關系,用于指導研究。此外,計算機還可以應用于不定形耐火材料配料和混料系統,采用微機控制系統可實現不定形耐火材料的生產自動化,減少粉體顆粒對操作人員的危害,提高產品的質量和產量。


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