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1、NAIHUOCAILIAO/耐火材料2001,35(2)89～91生产应用温度场对硅酸铝纤维使用寿命的影响□曾令可黄浪欢孙宇彤张明尹虹程小苏华南理工大学材料学院广州510640摘要利用实验室气氛电炉模拟陶瓷窑炉实际从热力学的角度看,玻璃态的硅酸铝纤维处于工况,使硅酸铝纤维在不同的温度场下暴露加热,一种亚稳状态。如有合适的温度条件,纤维内部就探讨了硅酸铝纤维粉化机理及抗粉化方法。该研会发生质点重排,玻璃态就会转化为结晶态。玻璃究对延长陶瓷窑炉使用寿命及窑炉结构的优化意态硅酸铝纤维一般在1000℃左右发生晶型转变,义深远。开始析出莫来石,温度再升高就可能析出方石英。关X键词硅酸铝纤维,
2、温度场,粉化表1列出了普通硅酸铝纤维析晶及晶粒生长与温度和加热时间的关系。硅酸铝纤维是一种性能良好,用途广泛的轻质表1加热时间、温度与硅酸铝纤维析晶量和晶粒大小的关系耐火材料,在陶瓷窑炉中已得到越来越广泛的应1000℃1100℃1200℃时间析晶用,并取得了显著的节能效果。但在复杂的使用环/h成分含量尺寸含量尺寸含量尺寸/%/μm/%/μm/%/μm境中,硅酸铝纤维会受到侵蚀,发生老化而粉化。莫来石8.20.01438.80.024825.40.04231由于纤维不断粉化脱落,不仅使窑墙逐渐损毁,而方石英00002.60.0203莫来石8.60.01399.40.027127.60
3、.0445且粉化微粒会粘污制品,造成产品质量等级下降。3方石英00004.10.0315陶瓷窑炉内复杂的使用环境是影响硅酸铝纤莫来石10.10.014510.20.034030.20.04936维寿命的关键。本实验着重探讨温度场对硅酸铝方石英00006.50.0372纤维使用寿命的影响,以揭示陶瓷窑炉内硅酸铝纤10莫来石12.30.015512.50.040529.80.0569方石英00009.10.0437维粉化的本质。莫来石15.60.016918.20.047335.30.072520方石英000012.30.05141实验从表1可以看出,普通硅酸铝纤维随着加热温度的升高和
4、时间的延长,纤维中的析晶量和晶粒尺1.1原料寸不断增大。当晶体长到纤维直径的尺寸时,纤维本实验以陶瓷窑炉中最常用的普通硅酸铝纤结构便发生破坏。实际使用时由于影响因素比较维为研究对象。选用首钢耐火材料厂生产的普通复杂(如本来就存在微裂纹、有速度场的存在等),硅酸铝纤维,其化学组成(%):SiO254.79,Al2O343.往往晶体尺寸还远小于纤维直径尺寸时,纤维结构96,Na2O0.01,K2O0.11,Fe2O30.95。就会遭到破坏。1.2实验方法2.2温度场对硅酸铝纤维显微结构的影响采用气氛电炉模拟陶瓷窑炉,研究温度场及各图1、图2为普通硅酸铝纤维分别在1100℃和种不同气氛对
5、硅酸铝纤维粉化的影响。用X射线1200℃温度下保温3h后的SEM照片。衍射分析物相组成及晶粒大小,用扫描电镜观察试从图1和图2可明显看出温度升高后纤维弯样显微结构。曲度增大,有的烧结在一起,纤维多已发生断裂。2结果与讨论X曾令可:男,1944年生,教授。2.1硅酸铝纤维晶相组成与温度场的关系收稿日期:2000-09-18编辑:李光辉2001/2耐火材料/NAIHUOCAILIAO89图3普通硅酸铝纤维使用前后的DTA曲线对比图11100℃保温3h的硅酸铝纤维SEM照片晶粒生长速度更快;杂质的存在还会促使液相出现温度降低,这样就会促使晶粒较快长大。假定原子可以从界面上任何位置加入而使
6、晶[1]体长大时,则晶体成长速率可表示为:ΔGu=va0[1-exp(-)]kt式中:u为界面单位面积的成长率;v为晶液3界面迁移频率因子,又可表示为kT/3πa0η,η为粘度;a0为单元动力过程中界面前进的距离(约为图21200℃保温3h的硅酸铝纤维SEM照片一个分子的直径);ΔG为结晶过程中自由能的变纤维烧结在一起是由于高温下纤维处于熔融状态,化,可看成与过冷度成正比。冷却后自然粘在一起;纤维断裂有可能是由于在高可见,温度、粘度和过冷度是影响晶体长大速温下原已存在的微裂纹生长造成的,也可能是析晶率的因素。后相互间结合力降低,在很小的应力下就会导致断裂。纤维中如果晶粒没有长大或只
7、是缓慢长大,就2.3温度场对硅酸铝纤维析晶的影响[2]分别在不同温度下对硅酸铝纤维进行实验,并能长期使用。这说明相对于析晶,晶粒长大是硅用X射线衍射仪进行X射线衍射分析,结果发现,酸铝纤维在高温下使用损坏的更重要的原因。玻纤维在1000℃下保温78h后只析出了莫来石;璃态纤维晶化后结构变得紧密,使密度变大,同时1100℃下保温1h后也只有莫来石析出;1200℃下伴随着体积收缩,这对于Al2O3含量高的纤维尤为保温3h后析出了莫来石和方石英。明显。收缩率过大,导致结构应
