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            TiO2對高鋁質耐火材料結構和性能的影響

            添加時間:2019年10月29日  瀏覽次數:

            在礬土的煅燒過程中,TiO2有三種可能的存在形式:進入剛玉和莫來石晶格形成固溶體;與AL2O3反應形成鈦酸鋁;進入玻璃相。在AL2O3-SiO2系原料的煅燒和AL2O3-SiO2系制品的生產過程中,TiO2同樣會通過上述煅燒礬土過程中的三種存在方式產生影響,究竟以哪種方式存在,則取決于TiO2的含量及原料和制品的化學組成(AL2O3/SiO2%)。

            TiO2對AL2O3-SiO2系耐火材料最明顯的作用是促進燒結,在剛玉陶瓷中加入TiO2產生了一些引人注目的效果,例如加入1%(質量分數)的TiO2后,在1500~1550燒成后已達到了通常在1700℃燒成后才能達到的95%的相對密度。TiO2促進燒結的作用與TiO2的固溶和鈦酸鋁的形成有關:當TiO2的加入量低于TiO2在莫來石和剛玉中的固溶度之和時,TiO2與莫來石和剛玉形成固溶體,從而形成了晶格缺陷,加快物質擴散,促進燒結;當TiO2的加入量超過了TiO2在莫來石和剛玉中的固溶度之和時,部分TiO2可以和莫來石或剛玉反應生成鈦酸鋁。由于鈦酸鋁熱膨脹的各向異性容易造成晶間孔隙,因此阻礙材料的燒結。

            TiO2相圖

            TiO2對采用天然硅線石合成的莫來石的燒結性能和機械性能的影響之后認為:添加TiO2可以降低莫來石的合成溫度,并加速其致密化過程;添加質量分數為4%的 TiO2對于降低莫來石的生成溫度最有利,莫來石的合成溫度可以降低到1500℃;莫來石的高溫強度依賴于TiO2的添加量。他們采用XRD和IR研究發現:在TiO2的添加量為4%(質量分數)時,硅線石幾乎完全轉化為莫來石,但這樣的莫來石并不是理想的3:2型莫來石;在燒成溫度為1500℃時,高達3.06%(質量分數)的TiO2以固溶的方式進入莫來石中。TiO2作為添加劑對采用硅線石為原料合成莫來石的影響時發現有利于針狀莫來石的生成。TiO2對采用脫水高嶺石和AI(OH)3凝膠為原料合成莫來石也具有積極的作用;隨著TiO2含量的增加,燒成后制品的顯氣孔率下降,體積密度增大,這是因為TiO2的存在增加了材料中的液相,從而促進其燒結。TiO2對合成莫來石初期和中期致密化的加速作用的機理是降低液相的粘度。

            TiO2對AL2O3-SiO2系耐火材料力學性能的影響主要是通過鈦酸鋁產生的。由于鈦酸鋁熱膨脹的各向異性,鈦酸鋁的形成可以造成制品內部各相間的熱膨脹失配,使內部產生微裂紋。微裂紋的存在可以提高材料的斷裂韌性,從而提高材料的抗熱震性和荷重軟化溫度。隨著

            材料抗熱震性能的提高,材料的體積密度和耐壓強度明顯下降。因此,TiO2的加入量應該有一個最佳量, 使制品既獲得較低的熱膨脹系數,又保持較高的強度。ZrSiO4和TiO2對鋁

            硅系耐火材料抗熱震性的影響后指出:在加入8%的ZrSiO4和3% TiO2時,材料將獲得最佳的抗熱震性, 但是對材料的常溫性能并無明顯的改善作用。他們認為這兩種加入物提高AL2O3-SiO2 系耐火材料抗熱震性的主要機理為微裂紋增韌及第二相(鈦酸鋁)降低了材料的熱膨脹系數。關于TiO2對剛玉-莫來石材料性能的影響,TiO2對材料的抗折強度的影響也取決于TiO2的量,當形成鈦酸鋁后,材料的強度降低,這是由于鈦酸鋁的生成削弱了晶間結合。

            關鍵詞:耐火材料   TiO2渣   
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