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类型第3章-al2o3-sio2系耐火材料-1相组成与性质.ppt

  • 上传人:无敌
  • 文档编号:377100
  • 上传时间:2018-04-03
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    第3章-al2o3-sio2系耐火材料-1相组成与性质.ppt
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    1、主要参考资料,耐火材料学,李楠,顾华志,赵惠忠编著,北京:冶金工业出版社,2010.,Al2O3-SiO2系实用耐火材料,任国斌等编,北京:冶金工业出版社,1988.,思考题 (任选3题)1、决定耐火材料性能的因素 ?2、Al2O3-SiO2耐火材料分类 ?3、Al2O3-SiO2二元相图 ?4、什么是莫来石(mullite),性质如何 ?5、杂质氧化物如何影响铝硅系材料组成与性能 ?6、莫来石-高硅氧玻璃材料的生产方法 ?,问题一:决定耐火材料性能的因素?,耐火材料是由多种不同的化学成分及不同结构的矿物组成的非均质体。,1)材料的化学组成是何种成分;2)它们的矿物组成(相组成)是以何种结合状

    2、态存在;3)材料的微观组织结构是以何种集合状态构成。,问题二:Al2O3-SiO2耐火材料分类?,硅酸铝质耐火材料是以Al2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料。,半硅质制品:Al2O3含量为15%30%粘土质制品:Al2O3含量为30%45%高铝质制品:Al2O3含量45%氧化铝质耐火材料是Al2O3含量在95%以上的耐火材料。,按Al2O3含量的不同I等(Al2O375%)II等(Al2O3,60-75%)III等(Al2O,48-60%),高铝砖分类,按晶相成分的不同刚玉-莫来石质莫来石质莫来石-石英质,硅酸铝质耐火材料由高铝矾土、粘土、刚玉、莫来石等原料制成。 广泛应用于冶金、玻璃、

    3、水泥、石油化工等领域的热工设备上。,Al2O3-SiO2耐火材料的相组成与性质,黏土质耐火材料,本章主要知识点,半硅质耐火材料,高铝质耐火材料,硅线石族矿物及其应用,氧化铝质耐火材料,莫来石及莫来石质复合耐火制品,问题三:Al2O3-SiO2二元相图?,Al2O3-SiO2耐火材料的相组成与性质,Al2O3-SiO2系耐火材料的相组成可由其化学组成及Al2O3-SiO2系相图确定。,1.1 Al2O3-SiO2耐火材料的组成,Al2O3-SiO2二元系相图,Al2O3-SiO2系统相图二端Al2O3和SiO2的熔点分别为2050和1723。系统中唯一稳定晶相为莫来石(3Al2O32SiO2,缩

    4、写A3S2),熔点为1850。,Al2O3-SiO2系统被分割为二个子系统:SiO2-A3S2和Al2O3- A3S2。,Al2O3-SiO2二元系相图,莫来石是硅酸铝质耐火材料的一条重要的分界线。Al2O3/SiO2大于莫来石组成的高铝砖(特等、一等和高二等高铝砖),其基本晶相组成对应为刚玉与莫来石。,Al2O3-SiO2二元系相图,Al2O3/SiO2小于莫来石组成的高铝砖(低二等、三等高铝砖)、粘土砖和半硅砖,其基本晶相组成对应为莫来石与方石英。子系统SiO2-A3S2的固化温度为1595,共晶点组成靠近SiO2一边。子系统Al2O3-A3S2的固化温度为1840,比莫来石熔点只低10,

    5、共晶点靠Al2O3一侧。,Al2O3-SiO2二元系相图,可根据Al2O3-SiO2系统二元相图将Al2O3-SiO2系耐火材料进行分类,如表所列。,Al2O3-SiO2系耐火材料的分类和主要矿物组成,Al2O3-SiO2系中Al2O3及SiO2的相对含量及杂质的含量决定了耐火材料中的相组成。对耐火材料的性质产生决定性的影响。,Al2O3-SiO2系组成与熔化温度及耐火度的关系,表中给出了几种铝硅系耐火材料的荷重软化温度的实例。,问题四:什么是莫来石(mullite),性质如何?,Al2O3-SiO2耐火材料的相组成与性质,1.2 莫来石,Al2O3-SiO2二元系相图,莫来石在大气压力下能稳

    6、定到1850左右,其组成依据不同Al2O3/SiO2比形成Al4+2xSi2-2xO10-x固溶体,x值波动在0.2-0.9之间,相应的Al2O3含量为50%90%。,-莫来石:3Al2O32SiO2 -莫来石:含有呈固溶体状态存在的残余氧化铝 -莫来石:含有少量以固溶体状态存在的氧化铁和氧化钛,莫来石的结构投影图(a)(001),(b)(010),(c)(100),22,Lattice constants a, b and c of mullite dependent from the Al2O3 content of the phase,25,莫来石性质, 熔点较高(1850) 密度低(3

    7、.16g/cm3) 导热率低(1000,=13.8KJ/mhk) 线膨胀较小(201000,=5.310-6K-1) 杨氏模量为230GPa左右 化学性质稳定 高温力学强度优良,莫来石Al42x Si22xO10x中x的值以及不同的杂质在莫来石中的固溶量对莫来石的晶体结构以及它们的性质有较大影响,从而对以莫来石为主的耐火材料中的玻璃相的含量及高温性能也产生一定的影响。,1.3 杂质氧化物对铝硅系材料组成与性能的影响,Al2O3-SiO2耐火材料的相组成与性质,杂质氧化物: 铁氧化物、钛氧化物与碱土金属氧化物等等。,某些氧化物可以少量固溶于莫来石与刚玉中;其中许多与Al2O3及 SiO2生成低熔

    8、物,增加耐火材料中的玻璃相含量并改变高温下液相的性质。,问题五:杂质氧化物如何影响铝硅系材料组成与性能?,Al2O3SiO2TiO2系统,Al2O3SiO2K2O系统,Al2O3SiO2氧化铁系统,Al2O3SiO2MgO系统,Al2O3SiO2CaO系统,Al2O3SiO2K2O系统相图,SiO2-A3S2 (1595) SiO2-A3S2-KAS4(985 )T=610 较大Al2O3-A3S2(1840 )Al2O3-A3S2-KAS4(1315 )T=525 较小,KAS4白榴石,31,Al2O3SiO2K2O系统,河南矾土原料中含 K2O高,一般为0.5%2.0%, K2O也是粘土砖

    9、和半硅砖的主要杂质。,32,举例,1 粘土砖 K2O 1.0%A 2.0%B A: L985 =(A-a)/(a-985)=9.2% B: L985 =(B-b)/(b-985)=20.0% 2 高铝砖 K2O 1.0%C 2.0%D C: L1315 =(C-c)/(c-1315)=6.4% D: L1315 =(D-d)/(d-1315)=13.8% B砖、D砖液相约为A砖、C砖的2.2倍。,Al2O3SiO2氧化铁系统,1 为什么要避免“黑心”砖出现?2 为什么要磁选?控制氧化铁含量?,不同气氛下Al2O3SiO2氧化铁系统相图,35,比较,还原气氛 SiO2-A3S2 (1595) S

    10、iO2-A3S2-2FeO2Al2O35SiO2 (1210) T=385,氧化气氛 SiO2-A3S2 (1595) SiO2-A3S2-Fe2O3Al2O3 (1380) T=215,36,比较,还原气氛 Al2O3 - A3S2 (1840) Al2O3 -A3S2-FeOAl2O3 (1380) T=460,氧化气氛 Al2O3- A3S2 (1840) Al2O3 -A3S2-Fe2O3Al2O3 (1460) T=380,Al2O3SiO2氧化铁系统,1 硅酸铝耐火材料不宜在还原气氛下烧成和使用。“黑心”砖中氧化铁含量应尽可能的低。2 抵抗氧化铁侵蚀的能力,Al2O3SiO2比大于

    11、莫来石组成的高铝砖优于Al2O3SiO2比较莫来石组成低的高铝砖、粘土砖和半硅砖。,SiO2-Al2O3-TiO2系,1) Al2O3-B-AT固化温度1727(P1) 凝聚相为刚玉、AT、莫来石B 2)AT-C-SiO2 固化温度1480(P2) 凝聚相为AT、SiO2、莫来石C 3) 平行四边形ABCD莫来石,B点:Al2O3 75% 固溶 6%TiO2 ,C点: Al2O3 69.5% 固溶 3.5%TiO2,SiO2-Al2O3-TiO2系,4) Al2O3-A-B凝聚相为莫来石、刚玉 5) AT-B-C凝聚相为莫来石、AT 6)SiO2-D-C凝聚相为莫来石、SiO2,B点:Al2O

    12、3 75% 固溶 6%TiO2 ,C点: Al2O3 69.5% 固溶 3.5%TiO2,40,我国高铝砖TiO2 1.54.0%,粘土砖和半硅砖TiO21%左右,因此,如只考虑Al2O3、SiO2和TiO2三成分,硅酸铝制品的组成点分别落在SiO2-D-C、Al2O3-A-B和Al2O3-AT-B三角形和莫来石固溶区ABCD之内。 思考: 1) Al2O3含量88%的煅烧矾土中0.16%TiO2, TiO2 存在方式?,41,Al2O3SiO2MgO系统,优质粘土砖A:Al2O3 46%,吸收2%MgO,1500形成液相量L=(A-A3S2)100%/(a-A3S2)60%,XRD patt

    13、erns of samples sintered at 1500C for 3h,Theoretical liquid phase content at 1500C,48,Al2O3SiO2CaO系统,当材料的组成点在莫来石初晶区内,形成钙斜长石(CAS2)莫来石鳞石英间的共熔点1(1345),其熔液相量达10%左右。当温度升高到1500时,液相量增到3l.2。,CaCO3添加剂对多孔莫来石性能的影响,50,无变点降低顺序,SiO2-莫来石组合 K2ONa2OFeOCaOFe3O4MgOTiO2 莫来石-Al2O3组合 Na2OK2OFeOFe3O4CaOMgOTiO2,51,杂质氧化物对二元

    14、混合物无变点的影响,1.4 莫来石-高硅氧玻璃复合材料,Al2O3-SiO2耐火材料的相组成与性质,莫来石-高硅氧玻璃复相材料,是由晶相的莫来石与非晶相的高硅氧玻璃(主要由SiO2组成的玻璃相)构成的新型耐火材料。,生产莫来石高硅氧玻璃复合材料有两种方法:一种是直接将粘土等原料经高温熔烧,将SiO2熔入玻璃相中,这需要很高的烧成温度;另一种是在配料引入某种添加剂,如K2O来促进SiO2的熔入玻璃相中,降低烧成温度。,加入10%0.088mm石英的XRD图谱,莫来石-高硅氧玻璃材料中莫来石的形貌,石英相变及方石英溶解过程示意图,思考题 (任选3题)1、决定耐火材料性能的因素 ?2、Al2O3-SiO2耐火材料分类 ?3、Al2O3-SiO2二元相图 ?4、什么是莫来石(mullite),性质如何 ?5、杂质氧化物如何影响铝硅系材料组成与性能 ?6、莫来石-高硅氧玻璃材料的生产方法 ?,

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