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影响耐火砖烧结成型因素都哪些?

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影响耐火砖烧结成型因素都哪些?

发布日期:2019-02-19 编辑:瑞道小编 点击:

 众所周知,耐火砖的烧结是一个连贯性很强,复杂的、受多种因素制约的过程。影响烧结的主要因素包括原料的性质、添加剂、烧结温度和保温时间、烧成气氛以及坯体的成型方法和压力等,下面我来给您先容一下。

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         一、原料的影响  
   原料对烧结的影响分为内因和外因两个方面。内因是物料的结晶化学特性,外因则主要体现为所用原料的颗粒组成。物料晶体的晶格能是决定物料烧结和再结晶难易的重要参数。晶格能大的晶体,结构较稳定,高温下质点的可移动性小,烧结困难。晶体结构类型也是一个重要影响因素,物料阳离子的极性低,则其形成的化合物的晶体结构较稳定,必须在接近熔点的温度下才有显著缺陷,故该类化合物质点的可移动性小,不易烧结。耐火材料中Al2O3、MgO的晶格能高而极性低,故较难于烧结。 
   所用原料的粒度也是影响烧结致密化的重要因素,无论是固相烧结还是液相烧结,细颗粒均增加了烧结的推动力,缩短了粒子扩散的距离和提高了颗粒在液相中的溶解度而导致烧结过程的加速,有资料报道,MgO的原始粒度为20μm以上时,即使在1400℃长时间保温,仅能达到相对密度的70%而不能进一步致密化;当粒径在20μm以下时,温度为1400℃或粒径为1μm以下,在1000℃时,烧结速度很快;如果粒径在0.1μm以下时,其烧结速度与热压烧结相差无几。 

   二、烧结温度和保温时间的影响  
   烧结温度和保温时间是耐火材料烧结的重要外因。随着温度的升高,物料的蒸气压增加,扩散系数增大,液相粘度降低,从而促进了蒸发-凝聚,离子和空位的扩散,颗粒重排和粘、塑性流动等物质传递过程,故使烧结速度加快。延长烧结时间也可促进烧结的完成,然而在烧结后期,不合理地延长烧结时间,有时会加剧二次再结晶作用,反而得不到充分致密的制品。 
   耐火制品的烧成最高温度应该控制在烧结温度的范围内,在此温度下应保持适当的烧结时间以使烧结完成,若继续升高温度会使坯体变形。  


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   三、气氛的影响  
   气氛直接影响烧成效果和制品质量、烧成气氛一般可分为氧化性气氛、中性气氛和还原性气氛,对于不同材质的坏体应选择不同的气氛,以保证坯体中物理化学反应的顺利进行。烧结末期,当气孔处于封闭状态时,气氛(气孔中气体的类型)对烧结是有影响的。研究Al2O3 的烧结时发现,当气体在晶格中的溶解度很小而扩散很慢时,则孤立的气孔不易从坏体中排出。例如,Al2O3 在氩气和空气中的烧结就是这样。
   必须指出,烧成气氛的影响到材料组成、烧结条件、添加剂的种类和数量等因素有关。因此,应该针对不同问题进行具体分析。在实际烧结过程中,上述因素的影响是相互联系、彼此制约的。在不同的条件下起主要作用的因素可能是不同的。 

   四、添加剂的影响  
   在固相烧结时,少量添加剂(烧结助剂)可与主晶相形成固溶体促进缺陷增加;在液相烧结时,添加剂能够改变液相的性质(如粘土、组成等),因而能起促进烧结的作用。添加剂的作用可能在于以下几个方面: 

   1.形成固溶体。当添加物与烧结物形成固溶体时,可以增加晶格缺陷,活化晶格,从而促进烧结。一般来说,它们之间形成有限置换固溶体更有助于促进烧结。添加剂离子的电价、半径与主晶格离子的电价,半径相差越大,晶格畸变程度也越大,促进烧结的作用也越明显。如Al2O3 烧结时,加入3%的Cr2O3形成连续固溶体可在1860℃烧结,而加入1%~2%TiO2只需在1600℃左右就能致密化。 

   2.阻止晶型转变,有些氧化物在烧结时发生晶型转变并伴有较大的体积效应,这就难以实现烧结致密化,并容易引起坯体开裂。这时若能选用适宜的添加剂加以抑制,即可促进烧结。ZrO2烧结时添加一定量的CaO、MgO就属这一机理。约在1200℃,m- ZrO2转变为t- ZrO2,并伴有约10%的体积收缩,使制品稳定性变坏。引入电价比Zr4+低的Ca2+(或Mg2+),可形成稳定的立方萤石结构的固溶体。这样,既防止了制品的开裂,又增加了晶体中缺陷浓度,使烧结加快。  


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   3. 抑制品粒长大,烧结后期晶粒长大,对促进烧结致密化有重要作用。但若二次再结晶或间断性晶粒长大过快,会使晶粒变粗、晶界变宽而出现反致密化现象并影响制品的显微结构。这时,可通过加入能抑制品粒异常长大的添加剂来促进烧结,在烧结透明Al2O3 制品时,为抑制二次再结晶,消除晶界上的气孔,一般加入MgO或MgF2,高温下形成镁铝尖晶石包裹在Al2O3 晶粒表面,抑制了晶界迁移的速度,并促使气孔的排出,对促进坯体的烧结具有显著的作用。  


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