優(yōu)質(zhì)耐火材料-剛玉質(zhì)耐火材料
近年來(lái),隨著航空航天技術(shù)以及汽車、微電子等行業(yè)對(duì)于鋼鐵的強(qiáng)度、韌性和加工型等性能提出日益嚴(yán)格的要求，對(duì)于鋼鐵冶煉過(guò)程中使用的耐火材料的要求也隨之提高。在整個(gè)鋼鐵冶煉過(guò)程中,需要使用性能優(yōu)異的耐火材料，以避免鐵水或者鋼水的侵蝕造成耐火材料對(duì)于鋼鐵非金屬夾雜物或者有害元素 O、P、S. N、H的污染。同時(shí),需要采用環(huán)保的原料經(jīng)過(guò)合理化的設(shè)計(jì)，得到無(wú)污染、性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)效益好喝長(zhǎng)壽的耐火材料，在提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，滿足綠色環(huán)保的要求。
剛玉(AI2O3)具備優(yōu)越的性能，而且對(duì)環(huán)境無(wú)毒害污染，廣泛應(yīng)用于耐火材料中AI2O3是一種兩性化合物，密度為 3.94.0g/cm3 ,熔點(diǎn)為2050°C ,沸點(diǎn)為2980℃ ,其硬度僅次于金剛石;AI2O3的具有多種晶型，a-AI2O3是所有氧化鋁晶體形態(tài)中最穩(wěn)定的晶型，屬于剛玉型結(jié)構(gòu)，三方晶系R-3C空間群，單胞是一個(gè)尖的菱面體。該結(jié)構(gòu)具有六方最密堆積的氧原子層,氧原子八面體空隙的2/3被金屬鋁原子填充。鋁原子被六個(gè)氧原子包圍,形成八面體的六配位型。
剛玉晶體屬于離子晶體,離子鍵力比較強(qiáng)。剛玉硬度髙，導(dǎo)熱性能好,尤其是低溫時(shí)導(dǎo)熱性能更佳。介電常數(shù)小,絕緣電阻高。 具有很好的透光性,是一種優(yōu)良的光學(xué)晶體材料。其化學(xué)性能穩(wěn)定,在常溫下不受酸堿腐蝕,不溶于水。不同金屬對(duì)剛玉的浸潤(rùn)程度相差較大,鉛、鋅、鋁、銅以及某些鐵合金潤(rùn)濕角大于90° ,與鐵錳合金、鐵鉻合金、以及某些鈦合金潤(rùn)濕角小于90°。但剛玉可與渣、玻璃、耐火材料等材料中的氧化物相互作用,形成化合物,因此剛玉材料容易被渣侵蝕。剛玉還存在斷裂強(qiáng)度低、抗熱展性能差、抗蠕孌性能差等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用。
為改善AI2O3耐火材料的缺點(diǎn),人們?cè)贏I2O3耐火材料中添加結(jié)合相或者原位合成增強(qiáng)相，制備出剛玉夏合耐火材料。在上個(gè)世紀(jì)發(fā)展出了種類繁多的氧化物增強(qiáng)剛玉耐火材料，包括AI2O3-Cr2O3耐火材料、AI2O3-MgO耐火材料、AI2O3-ZrO2耐火材料等氧化物夏合的耐火材料。但氧化物結(jié)合相存在熱膨脹系數(shù)較大、抗侵蝕性能較差的缺點(diǎn)，逐漸不能滿足日益增長(zhǎng)的工業(yè)技術(shù)需求。C可改善AI2O3耐火材料的熱震穩(wěn)走性以及抗侵蝕性,人們將C添加到AI203耐火材料中,發(fā)展出AI2O3-C耐火材料,現(xiàn)今AI2O3-C耐火材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉領(lǐng)域。
但是C在使用過(guò)程中存在易被氧化的問(wèn)題,并且含碳材料的使用會(huì)造成鋼水的增碳,不能滿足現(xiàn)代潔凈鋼技術(shù)的生產(chǎn)要求。隨著陶瓷領(lǐng)域中的非氧化物如Si3N4、SiC的研完發(fā)展,尤其是1970年代Si-AI-0-N與AI-O-N體系中AION 與SiAION的岀現(xiàn)，日漏化物結(jié)合相逐漸應(yīng)用到AI2O3耐火棟料中，發(fā)展出AI2O3-SBN4耐火材料，AI2O3-SiC耐火材料,以及AI2O3-SiAION耐火材料等。
隨著金屬陶瓷技術(shù)的出現(xiàn),人們發(fā)現(xiàn)少量金屬在脆性的無(wú)機(jī)陶瓷或者耐火材料中,可起到改善脆性和微觀結(jié)構(gòu)的作用人們將金屬AI和Si添加到AI2O3耐火材料中,通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)原位合成SiAION増強(qiáng)相,并且少量或者微量的殘余金屬可改善材料的脆性或杭氧化性等等性能，因此發(fā)展出新型的性能優(yōu)良的金屬-非氧化物-氧化物耐火材料。金屬與非氧化物結(jié)合的剛玉耐火材料將具備很大的應(yīng)用潛能。氮化硅鐵中含有Si3N4和Fe-Si金屬間化合物，因此將氮化硅鐵引入到剛玉耐火材料中可制備出金屬-非氧化物-氧化物耐火材料,具有較大的理論和實(shí)際意義。
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