1、 冶金之家网站热处理温度对连铸用 Al2O3-C 材料性能及显微结构的影响王建筑 1，赵俊学 1，2 ，张厚兴 3，潘磊 3，王作创 31.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西 西安 710055；2.北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083；3.濮耐高温材料( 集团)股份有限公司，河南 濮阳 457100摘 要：以板刚玉、天然鳞片石墨为原料，单质硅粉为抗氧化剂，酚醛树脂为结合剂，采用等静压成形工艺制备了连铸用 Al2O3-C 材料，分别在不同温度(700、900、1100、1300、1500 )下处理。研究了不同热处理温度对连铸用 Al2O3-C 材料性能及显微结构的影响，
2、结果表明：随着热处理温度的升高，材料残余线变化先减小后增大，1500热处理后试样为膨胀状态，其他均为收缩状态；显气孔率逐渐升高，体积密度逐渐降低，但二者变化幅度均不大；常温及高温强度均呈现先升高后降低的趋势，1300热处理后强度最高，热处理温度在9001300之间时，材料呈现优良的力学性能；高于1100的热处理试样内有碳化硅晶须生成，且热处理温度越高，碳化硅晶须的生成量越多，晶须直径越粗大。关 键 词：Al 2O3-C 材料；热处理温度；力学性能；显微结构Al2O3-C 材料因抗热震性能好、耐侵蚀等特点，在钢铁冶金工业中广泛应用 1-2。连铸用 Al2O3-C 材料一般采用树脂结合，并加入一定
3、量的单质硅粉等提高材料性能 3-4。生产过程中需经高温处理，以获得更加稳定且有较好强度及致密度等性能指标的坯体 5-7。在当前能源价格日渐高涨和节能减排要求不断提高的背景下，寻求最佳热处理温度，以实现在满足材料性能需求的前提下，最大程度地节约能源具有重要意义 8。通过研究热处理温度分别为700、900、1100、1300、1500时材料的常温、高温性能以及显微结构的变化，期望对连铸用 Al2O3-C 材料的烧成工艺有一定指导意义。1 试验方案1.1 原料试验原料包括粒度为0.50mm 的板刚玉骨料，煅烧 -Al2O3粉的粒径小于0.044mm，98单质硅粉的粒径小于0.044mm，899天然鳞
4、片石墨。固体酚醛树脂作为结合剂，乙醇含量为95%( 质量分数，下同) 的酒精作为溶剂。试验所用部分原料的化学组成如表1所示。1.2 试样制备试验各方案的原料配比如表 2 所示。制样流程如下，首先各种原料及结合剂在高速逆流倾斜式造粒机内混合均匀，之后加入 4%的酒精，高速造粒 20min。造粒后的物料控制挥发分的质量分数为 0.8%1.0%，于150MPa 等静压成形，并在 200下进行固化。方案 S1、 S2、S3 、S4、S5 的试样分别于700、900、1100、1300、1500 下埋碳热处理，热处理后制成检测所需试样。1.3 性能检测冶金之家网站采用洛阳精达型号为 APBD-001 的
5、设备，按照 GB/T2997 标准检测显气孔率和体积密度。采用济南型号为 YE-2000A 的设备，按照 GB/T3001 标准检测抗折强度。采用济南型号为 YE-2000A 的设备，按照 GB/T5072 标准检测耐压强度。采用洛阳精达型号为 HMOR-03A 的设备，按照 GB/T132431991 标准检测高温强度。采用美国 FEI-NOVA-NON-ASEM230 扫描电子显微镜观察试样的显微结构。2 结果与讨论2.1 热处理温度对 Al2O3-C 材料性能的影响不同温度热处理后试样的残余线变化的规律如图 1 所示，显气孔率及体积密度变化的规律如图 2 所示，常温抗折及耐压强度变化的规
6、律如图 3 所示，高温抗折强度变化的规律如图 4 所示。冶金之家网站通过图 1 可看出，随着热处理温度的提高，材料残余线变化率先减小后增加，低于1300的热处理后的试样为收缩状态，1500 热处理后试样为膨胀状态。酚醛树脂受热变化过程为：在 100200形成交联树脂结构；从 340360起进入热分解阶段；到600900时释放出 CO、CO 2、H 2O、酚类等物质，最后达到炭化网状结构。从材料的残余线变化看出，热处理温度超过 900以后，材料的收缩量开始明显减小，显示出炭化网状结构基本形成。通过图 2 可以看出，材料的显气孔率随着热处理温度的提高逐渐升高，体积密度出现降低的趋势，但二者改变幅度
7、均不大。热处理温度继续提高时，随着显气孔率的提高，1300以后体积密度开始下降。从图 3 可以看出，随着热处理温度的升高，材料的常温强度呈现先升高后降低的趋势，1300热处理后强度达到最高。从图 4 可以看出，高温抗折强度自 900热处理后开始明显增加，之后呈现先升高后降低的趋势，1300热处理后高温强度达到最高，但高温强度变化幅度相对常温强度变化幅度较小。热处理温度在 900 至1300之间时，连铸用 Al2O3-C 材料呈现较为优良的力学性能指标。2.2 热处理温度对 Al2O3-C 材料显微结构的影响由于经 700热处理及 900热处理后的试样内没有发现碳化硅晶须，因此不再给出电镜照片。
8、经 1100、1300、1500 热处理后的试样的电镜照片如图 5 所示。冶金之家网站由图 5 可看出，在 1100、1300、1500热处理后，有明显的碳化硅晶须生成；随着热处理温度的提高，碳化硅晶须的生成数量增多，且逐渐生长变粗大。碳化硅晶须生长过程中，受到热处理温度等很多因素的影响，局部温度起伏等因素造成晶须内应力增加，引起晶格的畸变，产生层错、位错及弯晶等晶体缺陷，在宏观上表现为晶须表面弯曲、粗糙、多节；如果无杂质进入晶格、温度场均匀，则形成光洁的直晶 9-10。从图 5 看出，1100、1300热处理后碳化硅晶须细小、弯曲，1500热处理后晶须粗大且直。碳化硅晶须的生成对材料体积、常
9、温及高温强度均有一定的影响，图 1 中自 1100开始残余线变化逐渐减小，常温强度大幅提高均是因为试样内生成碳化硅晶须的原因；而1500常温强度下降，则是因为气孔率增加、体积密度下降所致。而在各温度热处理后试样的高温强度变化幅度小，这是由于 1450做高温抗折强度试验时碳化硅晶须继续在各试样中生成。3 结论1)随着热处理温度的提高，连铸用 Al2O3-C 材料的残余线变化先减小后增加， 1500热处理后试样为膨胀状态，其他温度(700、900、1100、1300 )热处理后均为收缩状态；随热处理温度的升高，显气孔率逐渐升高，体积密度逐渐降低，但二者的变化幅度均不大。2)随着热处理温度的提高，常
10、温及高温强度均呈现先升高后降低的趋势，1300热处冶金之家网站理后强度最高，热处理温度在 900 至 1300之间时，连铸用 Al2O3-C 材料呈现优良的力学性能。3)高于 1100热处理后试样内有碳化硅晶须生成，热处理温度越高，碳化硅晶须的生成量越多，晶须越粗大。参 考 文 献：1 张文杰，李楠.碳复合耐火材料M. 北京：科 学出版社， 1990.2 田守信，牟济宁.连铸耐火材料及其发展J. 中国冶金， 2003(65)：41.3 贺中央.连铸用功能耐火材料的现状及发展趋势J. 耐火材料， 2011，45(6)：462.4 王振兰，李小明.连铸用功能耐火材料的发展J. 山东冶金， 2008
11、，30(1)：8.5 王建筑，孟红涛，王廷力，等.树脂加入量对造粒效果的影响J.武汉科技大学学报，2008，31：187.6 郭海珠，余森.实用耐火原料手册M. 北京：中国建材工业出版社， 2000.7 王维邦.耐火材料工艺学M. 北京：冶金工业出版社， 2003.8 WANG Jian-zhu，ZHAO Jun-xue.Effect of the Amount of Recycled Materials on Properties and Microstructure of the Al2O3-C MaterialsJ.Advanced Materials Research，2013(641/642)：321.9 Lee G J，Cutler B L.Formation of Silicon Carbide From RiceHullsJ.American Ceramic Society Bulletin，1975，54(2)：195.10 宁叔帆，刘晓霞，马勇，等.SiC 晶须制备方法及应用J. 西安石油大学学报：自然科学版，2004，19(1)：66.
