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TiO2对高铝质耐火材料结构和性能的影响

添加时间:2019年10月29日  浏览次数:

在矾土的煅烧过程中,TiO2有三种可能的存在形式:进入刚玉和莫来石晶格形成固溶体;与AL2O3反应形成钛酸铝;进入玻璃相。在AL2O3-SiO2系原料的煅烧和AL2O3-SiO2系制品的生产过程中,TiO2同样会通过上述煅烧矾土过程中的三种存在方式产生影响,究竟以哪种方式存在,则取决于TiO2的含量及原料和制品的化学组成(AL2O3/SiO2%)。

TiO2对AL2O3-SiO2系耐火材料最明显的作用是促进烧结,在刚玉陶瓷中加入TiO2产生了一些引人注目的效果,例如加入1%(质量分数)的TiO2后,在1500~1550烧成后已达到了通常在1700℃烧成后才能达到的95%的相对密度。TiO2促进烧结的作用与TiO2的固溶和钛酸铝的形成有关:当TiO2的加入量低于TiO2在莫来石和刚玉中的固溶度之和时,TiO2与莫来石和刚玉形成固溶体,从而形成了晶格缺陷,加快物质扩散,促进烧结;当TiO2的加入量超过了TiO2在莫来石和刚玉中的固溶度之和时,部分TiO2可以和莫来石或刚玉反应生成钛酸铝。由于钛酸铝热膨胀的各向异性容易造成晶间孔隙,因此阻碍材料的烧结。

TiO2相图

TiO2对采用天然硅线石合成的莫来石的烧结性能和机械性能的影响之后认为:添加TiO2可以降低莫来石的合成温度,并加速其致密化过程;添加质量分数为4%的 TiO2对于降低莫来石的生成温度最有利,莫来石的合成温度可以降低到1500℃;莫来石的高温强度依赖于TiO2的添加量。他们采用XRD和IR研究发现:在TiO2的添加量为4%(质量分数)时,硅线石几乎完全转化为莫来石,但这样的莫来石并不是理想的3:2型莫来石;在烧成温度为1500℃时,高达3.06%(质量分数)的TiO2以固溶的方式进入莫来石中。TiO2作为添加剂对采用硅线石为原料合成莫来石的影响时发现有利于针状莫来石的生成。TiO2对采用脱水高岭石和AI(OH)3凝胶为原料合成莫来石也具有积极的作用;随着TiO2含量的增加,烧成后制品的显气孔率下降,体积密度增大,这是因为TiO2的存在增加了材料中的液相,从而促进其烧结。TiO2对合成莫来石初期和中期致密化的加速作用的机理是降低液相的粘度。

TiO2对AL2O3-SiO2系耐火材料力学性能的影响主要是通过钛酸铝产生的。由于钛酸铝热膨胀的各向异性,钛酸铝的形成可以造成制品内部各相间的热膨胀失配,使内部产生微裂纹。微裂纹的存在可以提高材料的断裂韧性,从而提高材料的抗热震性和荷重软化温度。随着

材料抗热震性能的提高,材料的体积密度和耐压强度明显下降。因此,TiO2的加入量应该有一个最佳量, 使制品既获得较低的热膨胀系数,又保持较高的强度。ZrSiO4和TiO2对铝

硅系耐火材料抗热震性的影响后指出:在加入8%的ZrSiO4和3% TiO2时,材料将获得最佳的抗热震性, 但是对材料的常温性能并无明显的改善作用。他们认为这两种加入物提高AL2O3-SiO2 系耐火材料抗热震性的主要机理为微裂纹增韧及第二相(钛酸铝)降低了材料的热膨胀系数。关于TiO2对刚玉-莫来石材料性能的影响,TiO2对材料的抗折强度的影响也取决于TiO2的量,当形成钛酸铝后,材料的强度降低,这是由于钛酸铝的生成削弱了晶间结合。

关键词:耐火材料   
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