论文部分内容阅读
高温结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、高强度等优点,在化工、窑炉、航空航天、国防军工等领域有着广泛的应用。煤系高岭土是我国特有的硬质高岭土资源,具有纯度高（高岭石含量达到90%以上）、成本低、储量丰富等优点,是一种优质的陶瓷原料。本研究试图利用煤系高岭土在高温下原位生成的莫来石结合刚玉,从而改善刚玉陶瓷抗热震性及高温抗蠕变性较差的缺点。本文首先系统研究了不同莫来石含量对刚玉/莫来石复相陶瓷的物理性能、抗热震性及高温塑性变形等性能的影响。接着通过添加不同含量的氧化锆对刚玉-莫来石复相陶瓷的强度、抗热震性及高温塑性变形进行改善。最后研究了添加高热导率的SiC对氧化锆-刚玉-莫来石复相陶瓷抗热震行的影响,并对其抗氧化性进行了研究。本文采用了XRD、SEM、EPMA等测试方法,研究了材料的制备工艺、组成、结构与性能间的关系,主要研究成果如下:（1）本文设计了耐高温刚玉-莫来石组成及结构,采用煤系高岭土和山铝α-Al2O3为原料,研制了刚玉-莫来石复相陶瓷。A系列样品的最佳烧成温度为1620°C。经过热震及高温塑性变性实验发现A3样品（煤系高岭土37.69%,山铝α-Al2O362.31%）综合性能较优,经30次热震后（室温1100°C）样品表面无裂纹,抗折强度较热震前增加7.7%,经1620°C烧成的A3样品塑性变性指数为6.93×10-66 mm-1。莫来石主要呈短柱状、块状,与刚玉在一起生长,晶粒间结合紧密,从而赋予样品较高的抗折强度。样品具有较好的耐高温性,热震前后样品的物相组成不变,均为刚玉和莫来石。（2）为改善原位生成刚玉-莫来石复相陶瓷性能,进而提高复相陶瓷的耐高温及抗热震性,在A3（煤系高岭土37.69%,α-Al2O3 62.31%）配方的基础上添加不同量的PSZ。研究表明,PSZ的马氏体相变可以显著提高样品的抗折强度,同时由PSZ引入的Y2O3可以降低样品的烧结温度,促进致密化。经1560°C烧成的B2（PSZ添加量为10%）样品具有最佳的综合性能,其中Wa为2.88%、Pa为8.84%和D为3.07 g·cm-3,抗折强度达到161.15 MPa。B2样品经30次热震后强度提高了12.96%,高温塑性变形指数为4.10×10-6 mm-1,氧化锆主要分布于刚玉和莫来石的晶粒间,热震前后样品的物相组成不变,均为刚玉、莫来石、m-ZrO2和t-ZrO2。（3）为提高样品的抗热震性,本实验在B2配方样品的基础上添加了不同含量的SiC,并采用埋粉烧结的方法对样品进行烧成,研究SiC添加量对复相陶瓷性能的影响。研究表明,样品中的SiO2会与石墨反应,生成CO或SiO气体,因此,采用埋粉烧结方法制备的样品致密度低,不利于样品的致密化。经1460°C烧成的C2（煤系高岭土33.92%,α-Al2O3 56.08%,PSZ 10%,外加SiC 20%）样品综合性能最佳,吸水率为12.21%,气孔率为29.63%,体积密度为2.43 g·cm-3,抗折强度达116.49 MPa。经30次热震后C2由于SiC在热震过程中发生氧化,生成的SiO2,可以与刚玉反应生成莫来石,起到增强的作用,使热震后样品的强度提高了12.96%。在1300°C下氧化100 h,C2的氧化增重仅为20.1925mg·cm-2,氧化速率常数为3.2895 mg2·cm-4·h-1,SiC被刚玉和原位生成的莫来石包裹,赋予样品良好的抗氧化性。热震前样品的物相组成为莫来石、刚玉、m-ZrO2、t-ZrO2和SiC。经30次热震后C1C4样品中出现α-SiO2,说明在热震过程中部分SiC发生了氧化。经100 h氧化后,样品中的ZrO2与SiO2反应生成ZrSiO4,未检测到ZrO2的衍射峰。