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    金属在耐火材料中的应用

    2018-11-10 10:25:42   阅读次数:2281
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    近年来,金属复合耐火材料已成为研究的热点,如将Si、Al和Fe等引入到耐火材料中,研究开发了Si-Si3N4-刚玉质陶瓷杯、Al-碳-刚玉质滑板和Fe-AlN-MgO- Si3N4复合材料等,有的已在生产中得到了推广应用,并取得了满意的效果,值得一提的是,Si虽不是金属,但因 其具备金属的延展性和塑性等特征,常将其归入金属材料中 。

    研究得知:金属一旦作为一个组元复合于耐火材料中,其除具有在适当气氛下形成相应的化合物增强增韧基体材料外,还具有塑性相成型、促进烧结和抗氧化等作用 。

    金属在耐火材料中的作用:

    塑性相成型:金属在应力 作用下晶格会发生滑移,具有塑性特征,将其引入到耐火材料中,相对于坚硬的无机材料颗粒,在成型过程中其将发挥塑性成型特点,使得在相同的成型压力 下制备的生坯密度较未添加金属试样的高 。

    促进烧结:金属对耐火材料的促烧结作用可归于两方面因 素:其一,引入金属形成的塑性相成型能够提高坯体的密度,缩短颗粒间的距离,减小烧制过程中扩散传质所需的能量;其二,金属的熔点一般低于耐火材料原料,其能在较低的温度下生成液相,液相形成的毛细管力 及其本身的粘性流动加快了原子的迁移速率和坯体收缩,促进了烧结的致密化进程 。

    改善韧性:金属可通过裂纹桥联、裂纹偏转和裂纹屏障等机制来改善复合材料的韧性,其中裂纹桥联是最有效的增韧机制,即当裂纹扩展到金属材料和基体材料的界面时,因 金属颗粒的延展性,裂纹使其受力 拉长,其将在裂纹的上下表面施加一个桥联应力 ,一方面可阻止裂纹的张开而减小裂纹尖端的强度因 子,另外还能随裂纹的张开而发生塑性变形,消耗了裂纹尖端的能量,起增韧作用 。

    抗氧化性:碳复合耐火材料由于碳的存在使其具有优越的抗热震性和抗渣性,但却存在易氧化的缺陷,碳一旦被氧化,其具有的优势将丧失殆尽 。为了充分发挥碳复合耐火材料的优势,常通过添加适当的添加剂来提高其抗氧化性 。金属由于性能活泼,易于与O2和CO等反应,已在耐火材料中作为抗氧化剂使用,常用作抗氧剂的有Al、Si、Mg及相应的合金等 。

    原位反应生成非氧化物:将金属引入到耐火材料,在烧制过程中,利用其与原料组分或周围的气体反应生成非金属增强增韧相,可以达到改善基体常温和高温性能及抗热震性等效果 。目前,该项技术已得到了广泛的关注 。

    由以上可知,金属添加到耐火材料中,对耐火材料的力 学性能和抗氧化性等均起到了积极的作用,这预示着它们在耐火材料中具有广阔的应用前景 。随着科技的不断发展和科学领域的不断突破,金属复合耐火材料的性能将不断优化,其应用范围也将进一步扩大 。(郑大高温所: 李文凤) 

    主办单位:德曼耐火材料有限公司 
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