Cr2O3微粉加入量對(duì)Al2O3-Cr2O3質(zhì)耐火材料性能的影響

康 鑫，張利新，鄧俊杰，劉 萍，徐恩霞，李素平

(1.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南省高溫功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450052；2.中鋼洛耐科技股份有限公司，洛陽(yáng) 471039)

0 引 言

本文以Al2O3-Cr2O3質(zhì)耐火材料為研究對(duì)象，以Cr2O3微粉部分取代鉻剛玉細(xì)粉，使Cr2O3微粉在燒成過(guò)程中與Al2O3細(xì)粉原位形成(Al1-xCrx)2O3固溶體，研究Cr2O3微粉加入量及原位生成不同固溶度的(Al1-xCrx)2O3固溶體對(duì)Al2O3-Cr2O3質(zhì)耐火材料性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 料

試驗(yàn)以電熔鉻剛玉(1～3 mm、≤1 mm、≤0.074 mm)、白剛玉(1～3 mm、≤1 mm、≤0.074 mm)、Cr2O3微粉(d50=8 μm)和煅燒α-Al2O3微粉(d50=4 μm)等為主要原料，以磷酸鹽為結(jié)合劑。試樣配方如表1所示。

表1 試樣配方Table 1 Formula of samples

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

將原料按表1進(jìn)行配料并混合均勻，困料24 h后在150 MPa下壓制成25 mm×25 mm×150 mm的長(zhǎng)條試樣，經(jīng)110 ℃干燥24 h后，于1 600 ℃保溫3 h進(jìn)行燒制并隨爐冷卻。

對(duì)燒制試樣，按GB/T 5988—2007測(cè)定燒后線變化率(permanent linear change, PLC)，按GB/T 2997—2015測(cè)定體積密度(bulk density, BD)和顯氣孔率(apparent porosity, AP)，按GB/T 3001—2017測(cè)定常溫抗折強(qiáng)度(cold modulus of rupture, CMOR)，按GB/T 5072—2008測(cè)定常溫耐壓強(qiáng)度(cold compressive strength, CCS)，按GB/T 3002—2017測(cè)定1 300 ℃下的熱態(tài)抗折強(qiáng)度(hot modulus of rupture, HMOR)。熱震穩(wěn)定性試驗(yàn)在1 100 ℃保溫30 min且風(fēng)冷兩次的條件下進(jìn)行，而后測(cè)定熱震后殘余抗折強(qiáng)度(residual CMOR)及殘余強(qiáng)度保持率(residual CMOR ratio)。采用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析，采用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)分析，采用能譜儀(EDS)對(duì)試樣進(jìn)行微區(qū)成分分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 常溫性能

圖1為試樣的常溫性能。由圖1(a)、(b)可以看出，隨著Cr2O3微粉加入量的增加，試樣的燒后線膨脹率和顯氣孔率均呈先降低后略微升高的趨勢(shì)，且均在Cr2O3微粉加入量為15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時(shí)達(dá)到最小值。這是由于在Al2O3-Cr2O3體系中，Cr3+的擴(kuò)散系數(shù)隨著Cr2O3含量的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)[12]，所以Cr2O3微粉加入量的增加促進(jìn)了Cr2O3與Al2O3高溫下的固溶反應(yīng)，原位生成的(Al1-xCrx)2O3固溶體增加了晶格缺陷，活化了晶格，從而促進(jìn)燒結(jié)，造成燒后線膨脹率和顯氣孔率降低。……