CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃基耐高温磨蚀复合陶瓷涂层的研究

论文摘要

粘土砖作为最常见的耐火材料已在冶金、化工等行业获得广泛应用。但粘土砖表面的气孔不仅使材料的强度降低,而且严重影响到材料在冶金工业中的耐磨性和抗熔渣侵蚀性、在化学工业中的耐酸碱性等。然而,CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃具有机械强度高、耐磨损、化学稳定好等特性。因此,本文以石英砂、白云石、方解石等天然矿物为主要原料,氟化物为主晶核剂,制备了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃。然后以微晶玻璃、铝矾土和锆英砂为主要原料,用烧结法在铝质粘土砖表面制备了耐高温耐磨陶瓷涂层,以期改善粘土砖耐火材料表面的耐磨损和抗浸蚀能力。实验表明,晶核剂CaF2能有效促进CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃的晶化。随着CaF2含量的增加,析晶能力增强,玻璃呈整体析晶。该微晶玻璃的主晶相为透辉石[CaMg（SiO3）2]和硅灰石（β-CaSiO3）。随着配方中CaO/MgO比的降低,所得微晶玻璃中透辉石型晶体含量增加,材料的抗折强度、耐磨性和硬度提高。该陶瓷涂层的主晶相为刚玉（α-Al2O3）、锆英石（ ZrSiO4）和透辉石[CaMg（SiO3）2]。微晶玻璃的母体玻璃在1000℃以上熔融,有利于涂层在粘土砖表面铺展和其他组分的扩散,玻璃在冷却过程中会析出透辉石晶相。用光学显微镜观察了粘土砖与涂层的显微结构,发现涂层表面结构致密,没有孔洞与裂纹。该陶瓷涂层的耐火温度高于1400℃,维氏硬度为9-10GPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 耐火材料
• 1.1.1 耐火材料的分类
• 1.1.2 耐火材料的使用性能
• 1.2 微晶玻璃
• 1.2.1 微晶玻璃的种类
• 1.2.2 微晶玻璃的制备技术
• 1.2.3 微晶玻璃的析晶过程
• 1.3 磨损及评定方法
• 1.3.1 磨损特征
• 1.3.2 磨损评定方法
• 1.4 耐高温磨蚀涂层
• 1.4.1 耐高温磨蚀涂层的制备
• 1.4.2 耐高温磨蚀涂层的应用
• 1.5 本文的研究内容及意义
• 第2章 实验
• 2.1 原料组成
• 2.2 试验用设备
• 2.3 配方设计
• 2.3.1 玻璃基础配方设计
• 2.3.2 涂层配方设计
• 2.4 制备工艺过程
• 2.4.1 微晶玻璃的制备
• 2.4.2 复合涂层的制备
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 综合热分析（TG─DSC）
• 2.5.2 抗弯强度的测定
• 2.5.3 体积密度的测定
• 2.5.4 耐火度和烧结温度测试
• 2.5.5 X-射线衍射（XRD）物相分析
• 2.5.6 显微结构分析
• 2.5.7 磨损率测定
• 2.5.8 化学稳定性测定
• 2.5.9 显微硬度测定
• 2O₃-SiO₂系微晶玻璃的研究'>第3章 CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的研究
• 3.1 晶核剂的作用与选择
• 2O₃-SiO₂系微晶玻璃的析晶动力学研究'>3.2 CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的析晶动力学研究
• 2O₃-SiO₂系微晶玻璃烧结制度的确定'>3.3 CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃烧结制度的确定
• 2O₃-SiO₂系微晶玻璃的影响'>3.4 CaO/MgO 比对CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的影响
• 3.4.1 CaO/MgO 比对玻璃微晶化行为的影响
• 3.4.2 CaO/MgO 比对微晶玻璃性能的影响
• 3.5 小结
• 第4章 微晶玻璃复合耐磨陶瓷涂层研究
• 4.1 涂层的基本性能与表面状况
• 4.2 最优配方的试验设计
• 4.3 涂层的物相分析
• 4.4 涂层DSC-TG 分析
• 4.5 涂层的磨损率
• 4.6 涂层的化学稳定性
• 4.7 涂层的显微结构分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢