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1、第 1 页 共 14 页骨料组成对莫来石耐火材料性能的影响摘要莫来石是Al 203Si0 2二元系常压下唯一稳定存在的二元化合物，它具有膨胀均匀、抗热震稳定性好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点。本次实验研究了不同粒度组成对莫来石耐火材料的强度、体积密度、气孔率等性能的影响，为生产优质莫来石耐火制品提供经验。关键词：莫来石，粒度组成，强度，体积密度，气孔率，性能AbstractMullite is the only stable binary compounds of Al203Si0 2 binary under normal pressure, it has cha
2、racteristics of uniform expansion, good thermal shock resistance stability, high load softening point, small creep value, hardness, good anti chemical corrosive resistance, etc. The experimental, studies influence of the different particle size to mullite refractory materials strength, volume densit
3、y and porosity, etc, provides experience for the production of high quality mullite refractory products.Keywords: mullite，partical size，strength，volume density，porosity，performance目录第 2 页 共 14 页摘要 .10 前言 .31 实验部分 .31.1 实验目的 .31.2 实验原料和仪器 .41.3 实验方案 .41.4 试样制备 .51.5 性能检测 .61.5.1 显气孔率和体积密度的测定 .61.5.2
4、线变化率的测定 .81.5.3 常温耐压强度的测定 .102 实验结果 .102.1 骨料组成对显气孔率和体积密度的影响 .102.2 骨料组成对抗压强度的影响 .112.3 骨料组成对线变化率的影响 .113 结果分析 .113.1 骨料组成对显气孔率和体积密度的影响 .113.2 骨料组成对抗压强度的影响 .123.3 骨料组成对线变化率的影响 .124 实验结论 .13参考文献 .13致谢 .14第 3 页 共 14 页0 前言莫来石是Al 203-Si02常压下唯一稳定存在的二元化合物，其晶体结构是由Al203和Si0 2四面体沿 c轴无序排列组成双链，双链间由Al 203八面体连接。
5、矿物中Al 203含量高，结构中Al 203八面体链可以起到稳定骨架的支撑作用，这种组成和结构特征使莫来石表现出诸多优异的物理性能，如低膨胀系数、低热导、低蠕变、低介电常数、高耐热冲击性和高强度。这些优异的性能使得莫来石在微电子、光学、高温结构和工程材料等领域有广泛的应用前景 1。天然莫来石矿物非常稀少，至今世界上尚未发现具有工业价值的矿藏。莫来石通常采用烧结法或电溶法等人工方法合成，合成莫来石是一种优质的耐火材料，它具有膨胀均匀、抗热震稳定性好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点 2。本文主要以莫来石为骨料，添加少量粘土细粉，聚乙烯醇、水作为结合剂制成试样，通过改变骨料
6、粒度组成研究其对莫来石耐火材料性能的影响。1 实验部分1.1 实验目的通过本次实验过程主要达到以下目的1.熟悉无机非金属材料原料粉体的制备过程，能够根据性能和用途要求进行成分设计和配方计算，确定制品组成。 2.掌握压力成型的成型基本原理及成型工艺过程，了解不同成型方法的优缺点及适用范围。3.正确操作搅拌机等实验设备；了解不同成型方法采用的设备原理及使用方法；正确使用高温烧结炉。第 4 页 共 14 页4.熟悉烧结工艺过程，能够正确制定烧结制度，以及对烧结制品进行性能测试。5.掌握吸水率，表面气孔率，实际密度，线变化率和抗压强度的概念、测定原理和测定方法，并了解它们和材料的理化性能的关系。6.锻
7、炼记录实验数据，分析总结实验结果的能力。7.掌握课程设计论文的一般要求，并完成一篇论文。1.2 实验原料和仪器本次实验采用的主要原料有：（1） 骨料：合成莫来石（2） 细粉：粘土（3） 结合剂：聚乙烯醇、水本次实验采用的主要仪器有：电子天平：主要用于称量原料。JJ-5 型行星式胶砂搅拌机：主要用于均匀混料，使各原料混合均匀。 JJ-2 型油压机：主要用于压制均匀密实型圆柱体试样。DZF-6021 型真空干燥箱、101 型电热鼓风干燥箱：主要用于试样的烘干。Xcsl-16-12y 型重烧试验炉：主要用于莫来石质耐火材料在 1450的烧结。TYE-300B 型压力试验机：主要用于试样烧结后耐压强度
8、的测定。1.3 实验方案本实验设计两组配方，分别研究不同骨料组成在烧结温度 1450是对莫来石耐火材料性能的影响，每组四个试样，共计 8 个试样，分别记为A1、A2、A3、A4，B1、B 2、B 3、B 4，其配方如表 1 所示：第 5 页 共 14 页表 1 实验配方（wt%）莫来石 粘土组别 1-3mm（粗颗粒）0.5-1mm（中颗粒）0-0.5mm（中颗粒）325目 细粉聚乙烯醇 水A 35 10 15 30 10 1.5 适量B 40 10 10 30 10 1.5 适量1.4 试样制备将原料按配比混合均匀后，加入聚乙烯醇和粘土，充分搅拌均匀后困料22h，压制成型为 36 mm36mm
9、 的圆柱体试样，在空气中自然干燥 24 h，然后在烘箱里于 110干燥 24 h，最后对试样进行热处理，热处理温度为 1450，然后进行性能检测 3 。聚乙烯醇 骨料+粘土 适量的水自然干燥烘箱干燥压制成型困料性能检测热处理第 6 页 共 14 页图 1 试样制备流程图401h 501h 601h 702h 802h 1104h 1003h 902h图 2 干燥制度10/mim 5/mim 5/mim 1/mim 室温 110 200 1000 14506h图 3 烧成制度1.5 性能检测1.5.1 显气孔率和体积密度的测定耐火材料中的气孔大致分为三类（如图 4）：（1）闭口气孔，封闭在制品中
10、不与外界相通；（2）开口气孔，一段封闭，另一端与外界相通，能被流体填充；（3）贯通气孔，贯通制品的两面，流体能通过。图 4 耐火材料中的气孔类型第 7 页 共 14 页由于开口气孔和贯通气孔占总气孔体积的绝大部分，而且对制品的使用性能影响最大，又较易测定，因此在耐火制品的检测标准中，以显气孔率 P 即开口气孔与贯通气孔的体积和占制品总体积得百分率来表示气孔率指标。气孔率是耐火材料的基本技术指标，它几乎影响耐火制品的所有性能，尤其是强度、热导率、抗侵蚀性、抗热震性等。一般来说，气孔率增加，强度降低，热导率降低，抗侵蚀性降低，但气孔率对抗热震性的影响比较复杂。耐火材料的气孔率受所用原料、工艺条件等
11、多种因素的影响。一般来说，选用致密的原料，按照最紧密堆积原理来采用合理的颗粒级配，使用合适的结合剂，物料经充分混炼，高压成型，提高烧成温度，和延长保温时间均有利于降低材料的气孔率。体质密度是指耐火材料的干燥质量与其总体积的之比，单位为 g/cm3。体积密度直观反映了耐火制品的致密程度，它是耐火原料、致密耐火制品质量水平的重要衡量指标。但在轻质隔热制品的生产中，为降低热容和热导率，常采用各种手段降低制品的体积密度。耐火材料的体积密度对其他许多性质都有显著的影响，如气孔率、强度、抗侵蚀性、荷重软化温度、耐磨性和抗热震性等。对于轻质隔热耐火材料，如隔热砖、轻质浇注砖等，体积密度与其导热性和热容量也有
12、密切的关系。一般来说，体积密度越高，对耐火材料的强度、抗侵蚀性、耐磨性、荷重软化温度越有利。耐火材料的体积密度受所用原料、生产工艺等因素的影响。控制所用原料的体积密度，压制砖坏的压力和合理的烧成制度，均能有效控制最终制品的体积密度 4。采用阿基米德原理测试，按GB2997-82规定，先将试样表面的灰尘及细颗粒刷净，在烘箱中烘干至恒重，待冷却至室温后称量试样的重量，记为干重m1。将饱和试样迅速移至溢流槽浸液中，当水完全淹没试样后，称量试样此时的重量，记为悬浮重m 2。迅速称量饱和试样在空气中的质量，记为饱和重第 8 页 共 14 页m3，（如图5）计算公式如下：显气孔率（P ）： 10(%)23mP体积密度（D）： 123D式中：D 1 浸渍液体的密度，此处为水，取 D1=1 g/cm3 即可。图 5 液体静力天平1.5.2 线变化率的测定可塑状态的粘土或坯料在干燥过程中，随着温度的提高和时间的增长，有一个水分不断扩散和蒸发，重量不断减轻，体积和孔隙不断变化的过程。开始加热阶段时间很短，坯体体积基本不变，当升至湿球温度时，干燥速度增至最第 9 页 共 14 页大时即转入等速干燥阶段，干燥速度固定不变
