在高鋁磚生產(chǎn)中添加一定量的ZrSiO4成分可提高材料的整體抗熱震性能,,即就是我們所談及的抗剝落性能,高鋁磚在使用過程中會受到窯爐的啟停及正常生產(chǎn)后的溫度變化,,這樣勢必對高鋁磚造成一定的冷壓沖擊使得高鋁磚表面產(chǎn)生裂紋最終脫層剝落,。所以在后來的生產(chǎn)技術中添加一定量的,可以增強增韌的原料ZrSiO4來提高高鋁磚的抗剝落性能,。
ZrO2斜鋯石具有三種晶型:單斜型(m-Zr02),,四方型(t-Zr02)和立方型(c-ZrO2)。這三種晶型之間的相轉(zhuǎn)變關系如下:
m-Zr02和t-Zr02之間的晶型轉(zhuǎn)變屬于位移性轉(zhuǎn)變,,具有馬氏體相變特征,伴隨的體積效應較大(約5%).且呈反�,,F(xiàn)象。即加熱時(m→t)產(chǎn)生體積收縮,,冷卻時(t→m)產(chǎn)生體積膨脹,。
鋯英石ZrSiO4改善高鋁磚制品抗熱震性的原因,在于高溫下基質(zhì)中發(fā)生了下列反應,,生成t-ZrO2(四方Zr02),,四方Zr02進而在制品冷卻過程中發(fā)生向m-Zr02(單斜Zr02)的轉(zhuǎn)變,它對改善制品的抗熱震性起著重要作用:
具體而言,,就是鋯英石材料抗熱震性的改善源于t-ZrO2向m-Zr02的相變,。ZrO2相變增韌的機制則包括兩個方面:一是相變本身減弱了主裂紋尖端附件的應力場,,從而使裂紋擴展中止,即當在母相基質(zhì)中引入介穩(wěn)定的四方ZrO2后,,當溫度降低到四方ZrO2的確相變溫度以下時,,按理即應產(chǎn)生轉(zhuǎn)化為單斜ZrO2的相變并伴隨一個相變自由能△G相變 然而,由于四方ZrO2是包埋在母相基質(zhì)中的,,相變時的體積膨脹會導致母相基體反過來對它產(chǎn)生一個壓應力,,形成一個阻止相變的彈性應變能,其值等于1/2Eε(E為彈性模量,,ε為伴隨相變的應變值),。當1/2Eε2 >△G相變 時,則相變就不能發(fā)生,。當基體承受一張力時,,在基體原有裂紋尖端附近必然是一個集中的張應力區(qū),致使主裂紋尖端附近的四方相所承受的壓應力得以減弱甚至消失,,因而即轉(zhuǎn)化為單斜相,。這樣,相變就得以發(fā)生,,其結(jié)果就使得主裂紋尖端附近的應力場減弱,,從而使主裂紋擴展中止,或需要外界施自哽太的張力才能使裂紋延伸,,這就提高了材料的斷裂韌性,。
ZrSiO4改善高鋁磚制品的機理在于高溫下分解形成了一定量的t-ZrO2,t-ZrO2繼而在應力誘變下發(fā)生相m-Zr02的轉(zhuǎn)變,。而該相本身以及因該相變而產(chǎn)生的裂紋,,一方面因產(chǎn)生新的裂紋表面而吸收能量,另一方面相變粒子產(chǎn)生的體積膨脹也將對主裂紋產(chǎn)生壓應力,,阻礙擴展,。所以能夠提高高鋁磚的抗剝落性。