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刚玉-莫来石复相陶瓷具有熔点高、抗蠕变、抗热震、抗氧化性好,且原料丰富、性价比高等特点被广泛的用作高温窑具材料。国内刚玉-莫来石复相窑具产品与国外同类产品相比具有抗热震性能较差,使用寿命较短等缺点。目前,对刚玉-莫来石窑具的研究主要集中在配方上,不同的研究者得到的结果差异较大,窑具的抗热震性能不够理想,使用寿命较短。因此有必要对刚玉-莫来石复相窑具进行系统的研究。本文全面论述了窑具的种类、窑具的成型方法、窑具的烧成方法、刚玉和莫来石发展概况及特性、刚玉-莫来石复相窑具的特性及发展状况,在此基础,着重研究了刚玉-莫来石复相窑具的制备工艺、结合剂、颗粒级配、不同的组成配比等因素对刚玉-莫来石复相窑具抗热震性能的影响,并在理论上探讨了窑具的尺寸设计准则。得出以下重要结论:对刚玉-莫来石复相窑具制备工艺与窑具抗热震性能的研究表明,通过改变刚玉-莫来石复相窑具的混料工艺可以大大提高其热震性能。即在莫来石骨料颗粒表面先包裹一层硅微粉,再与氧化铝混合制得的刚玉-莫来石复相窑具的抗热震性能优于莫来石骨料颗粒、硅微粉和氧化铝直接混合制得的刚玉-莫来石复相窑具的抗热震性能。分析认为,莫来石骨料颗粒表面先包裹的一层硅微粉在高温下与氧化铝反应合成莫来石,一方面能提高试样的气孔率,另一方面能减少烧成过程中由于热膨胀失配形成的微裂纹,从而提高了试样的抗热震性能。对结合剂的研究表明,以硅胶-铝胶作为结合剂制备的刚玉-莫来石复相窑具的抗热震性能优于高岭土作为结合剂制备得到的刚玉-莫来石复相窑具的抗热震性能。以硅胶-铝胶作为结合剂的试样在1154℃时就显著形成了莫来石,且硅胶-胶铝的杂质含量少,烧成过程中产生的玻璃相也较少;而以高岭土作为结合剂的试样在1500℃的时候才显著生成莫来石,且高岭土中含有较多的杂质,在烧成过程中容易产生玻璃相降低产品的抗热震性能。因此宜选用硅胶-铝胶作为刚玉-莫来石复相窑具的结合剂。对颗粒级配与刚玉-莫来石复相窑具的抗热震性能关系的研究表明,随着刚浙江大学硕士学位论文玉一莫来石复相窑具中大颗粒的含量的减少,中颗粒含量的增加,窑具的常温抗折强度及1100℃一室温水冷3次后的抗折强度一直增大,但1100℃一室温水冷3次后的抗折强度保持率则出现增加一减小一增加一减小的变化规律,当中颗粒的含量在35%和45%的时候,试样1100℃一室温水冷3次后的抗折强度保持率较大,窑具的抗热震性能最佳。这为窑具的颗粒级配设计提供了理论指导。 对Y(中颗粒中,刚玉砂的百分含量)与刚玉一莫来石复相窑具的抗热震性能关系的研究表明:当巧%<Y<3o%、7在60%左右的时候,窑具不但1100℃一室温水3次后的抗折强度较高而且抗折强度保持率也较高。 通过数值拟合,建立了窑具材料表面最大冷却速率与Biot模数的初等函数关系W(Biof),结合刚玉一莫来石窑具材料存在着一个允许的最大冷却速度V (当冷却速度超过该值时,材料被破坏),从理论上提出了设计窑具尺寸的思路:当V>4.8507xlJ3时,刚玉一莫来石复相窑具的合理尺寸是一个区间范围,区间的两端点为方程V=W(B)的两个解;当V延4.8507x10一3时,刚玉一莫来石复相窑具的合理尺寸可以取任意值。满足这两个情况时,窑具不会被破坏,使用寿命较长。提出了窑具开缝工艺中,开缝长度的确定方法。 本文希望通过对以上问题的研究,为进一步提高刚玉一莫来石复相窑具的抗热震性能提供一个参考方向。主题词:刚玉、莫来石、复相窑具、热震稳定性、制备工艺、结合剂、颗粒级配、组成配比、尺寸