浅析烧结刚玉的种类及应用

原标题:浅析烧结刚玉的种类及应用
当α-Al2O3含量大于90wt%时 , 我们称这样的耐火材料为烧结刚玉 。 烧结刚玉是采用Al2O3(γ-Al2O3)为原料 , 经成型后在1900℃高温下煅烧成的耐火熟料 。 烧结氧化铝主要由刚玉细晶粒直接结合而制备出来 , 其体积密度在3.60g/cm3以上 , 显气孔率在3.0%以下 , 耐火度≥1800℃ 。 高温煅烧后的α-Al2O3晶体发育良好 , 呈板状结构 , 且内部有较多的封闭气孔有利于改善其抗热震、抗剥落性 。 在不添加添加剂情况下 , 其烧结刚玉纯度高 , 体积稳定性好 , 重烧收缩率极小 , 因此具有以下性能:
1)硬度大 , 莫氏硬度9;
浅析烧结刚玉的种类及应用】2)熔点高 , 约2040℃;
3)耐侵蚀 , 除氢氟酸、磷酸外 , 不与大多数碱和矿物酸反应;
4)高导热性 , 高温下电性能优良;
5)单颗粒强度高 , 使烧结刚玉具有很高的强度 。
1、刚玉的烧结性
刚玉中α-Al2O3的原子间键合能较大 , 烧结较困难 , 不引入助烧剂前提下 , 刚玉的烧结温度达到1800℃左右 , 如此高的烧结温度将使晶界的扩散速度大于气孔通过晶界排出速度 , 使气孔不易排出 , 导致材料气密性变差及力学性能的降低 。 对于烧结刚玉 , 目前主要采用两种方法来降低烧结温度 。 一种是通过获得晶粒小、比表面积大、表面活性高的单分散超细粉来降低温度 , 但此方法对降低Al2O3的烧结温度有限 , 且烧后试样的晶体较小 。 另一种方法引入适量的烧结助剂(TiO2、MgO、SiO2等) , 通过与氧化铝形成固溶体或低温液相的方式来提高扩散系数 , 降低氧化铝烧结温度 。 其中复合烧结助剂的致密效果最好 , 但引入的第二相种类会增多 , 影响其刚玉相含量及高温性能 。 而单一添加剂中促烧结效果较好的为TiO2烧结助剂 , 且不会产生液相 , 影响其高温性能 , 因此以TiO2作为刚玉的促烧结助剂得到了广泛的应用 。

浅析烧结刚玉的种类及应用
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烧结刚玉
2、烧结刚玉的种类及应用
目前市场上主要为烧结和电熔这两种刚玉 , 电熔刚玉主要有电熔白刚玉、电熔铬刚玉、电熔致密刚玉等 。 但烧结刚玉的品种较电熔刚玉相比较单一 , 随电费价格上涨 , 将提高电熔刚玉的生产成本 , 使烧结刚玉市场进一步扩大 , 所以研究开发多种烧结刚玉 , 成为当下研究的热点之一 , 以下为几种烧结刚玉及其用途 。
轻质烧结刚玉是以过渡相氧化铝为原料 , 采用发泡技术烧成的具有核壳结构的多孔耐火材料 。 这种多孔刚玉的孔多为封闭气孔 , 通过控制发泡剂加入量来控制其致密度 。 轻质烧结刚玉主要在钢包浇注料中使用 , 其封闭气孔可以显著降低降低热导率并改善抗热震性 。
微孔烧结刚玉是一种比普通板状刚玉体积密度低的耐火材料 。 微孔烧结刚玉具有更多的晶内和晶间气孔 , 孔大小维持在微米级 , 但其化学组成上与烧结板状刚玉一样 。 微孔烧结刚玉的气孔使其具有体积密度小、导热率低、强度高等特点 。 根据此性质 , 可将微孔烧结刚玉部分替代烧结板状刚玉应用在钢包内 , 降低热损失 。
致密烧结刚玉是一种新型高密度烧结刚玉 。 相比普通烧结板状刚玉 , 致密烧结刚玉的体积密度>3.65g/cm3 , 显气孔率<3.0% , 相比原来的标准值有了大幅的提升 , 将有效改善烧结刚玉的性能 , 延长其使用寿命 。 较高的致密性使它具有更好耐磨性和抗冲刷性 , 这对于使用条件比较苛刻的耐火制品 , 如滑板、三大件、透气砖及钢包冲击区浇注料等抗冲刷性要求高的耐火制品 , 使用致密烧结刚玉可其使用寿命和安全系数大幅度提高 。
烧结钛刚玉是一种在氧化铝中引入TiO2 , 经成型高温煅烧制备出来的特种刚玉 。 由于Al2O3与TiO2的晶格常数接近 , Ti4+和Al3+会发生有限置换 , 造成晶格畸变 , 活化晶格 , 显著提高烧结活性 , 降低其烧结温度 。 烧结钛刚玉的机械强度大 , 抗弹性能好 , 可以与β-刚玉一起在玻璃窑的熔池中应用 , 改善高温条件下的韧性 。
因此 , 研究不同种类的烧结刚玉 , 充分发挥烧结刚玉的优良性能 , 降低其烧结温度 , 改善其烧后性能 , 进一步增大烧结刚玉的应用 , 已成为当下烧结刚玉的发展趋势 。