脆性是耐火材料的特征,亦是它的一個(gè)弱點(diǎn),。脆性可導(dǎo)致抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度和熱震穩(wěn)定性均較差,,直觀地表現(xiàn)在一旦受到臨界的外加負(fù)荷,將出現(xiàn)爆發(fā)性的斷裂特征并產(chǎn)生嚴(yán)重的后果,。 目前,,在耐火材料中克服材料脆性的方法主要是通過(guò)相變?cè)鲰g或纖維增韌等途徑,但在有些耐火制品中這些方法并不能顯示優(yōu)良的效果。在耐火材料的基質(zhì)中加入一定量的硅粉,,由于 它具有金屬的塑性特征,,在壓制過(guò)程中能形成塑性成型,使坯體致密化并改善燒成耐火材料的力學(xué)性能,。
即借助金屬材料的塑性,,形成塑性成型。提高坯體的密度和強(qiáng)度,,熱處理過(guò)程中,,金屬與陶瓷顆粒相發(fā)生反應(yīng),形成硬基體和強(qiáng)化相,,生成非金屬?gòu)?qiáng)化相,,改善了材料的常溫性能和高溫性能。我們引用了過(guò)渡塑性相工藝的思想,,在金屬塑性相結(jié)合耐火材料中,,材料的主體為無(wú)機(jī)非金屬相,金屬相為次,,利用金屬的塑性,,形成塑性成型。在燒結(jié)過(guò)程中,,金屬液化或軟化,,使材料在較低溫度下發(fā)生液相燒結(jié)同時(shí),材料表面的金屬相參與了反應(yīng),,生成了非金屬增強(qiáng)相,,而材料內(nèi)部的金屬相仍保持金屬相的狀態(tài)在高溫狀態(tài)下,材料內(nèi)部的金屬細(xì)粉變成液相,,彌散分布在顆粒邊界及氣孔中,,降低氣孔率并提高復(fù)合材料的韌性。
實(shí)驗(yàn)所用原料為棕剛玉,、白剛玉,、碳化硅、硅粉等,。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)A,、B兩種配方,其中A為硅—(白剛玉+棕剛玉)—碳化硅質(zhì),,B為棕剛玉—碳化硅質(zhì),。在混碾機(jī)中混合均勻后成型,成型壓力為350MPa,。將試樣分成兩批,,第一批只在110℃,24h烘干后即測(cè)量其顯氣孔率、體積密度,、常溫耐壓強(qiáng)度,;另一批烘干后再電爐中于1500℃保溫6h 燒成。自然冷卻后測(cè)量其顯氣孔率,、體積密度,、常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度,進(jìn)行載荷-變形實(shí)驗(yàn),。
干坯的常溫性能指標(biāo)如表1,,可燒成試樣的常溫性能指標(biāo)見(jiàn)表2.從表1中可以看出,加入硅粉后,,坯體趨于致密化,,顯氣孔率降低,體積密度,、耐壓強(qiáng)度都提高了,。這說(shuō)明加入硅粉后,在壓力相同時(shí),,材料的組織結(jié)構(gòu)比原先更加致密,。
從表2可以看出,燒成后,,加入硅粉的試樣的各項(xiàng)常溫性能指標(biāo)均好于未加硅粉的試樣,。從顯微結(jié)構(gòu)照片可以看出,加入硅粉后,,硅填充在氣孔和顆粒邊緣,,起了助燒劑作用,形成液相燒結(jié),,提高磚體的密度,,降低磚體的氣孔率:而未加硅粉的試樣,氣孔率則高得多,。從理論上講,,多孔材料的強(qiáng)度隨其氣孔率的提高而下降,著不僅由于固相界面減少導(dǎo)致的實(shí)際應(yīng)力增大,,更主要的是氣孔引起的應(yīng)力集中導(dǎo)致了強(qiáng)度下降,。此外,彈性模量和斷裂能隨氣孔率的變化也間接影響著強(qiáng)度值,。
耐火材料屬于脆性材料,,只有在高溫下顯示出一定的塑性,,在耐火材料中加入,,使耐火材料具有塑性成型的特征,降低了坯體的氣孔率,提高坯體密度和強(qiáng)度,。 塑性相在燒結(jié)過(guò)程起了助燒劑作用,,促進(jìn)材料的燒結(jié)。在制品中金屬作為塑性彌散相與耐火骨料及基質(zhì)復(fù)合,,在外力作用下產(chǎn)生一定的塑性變形或沿晶界滑移,,分散集中的應(yīng)力和吸收裂紋尖端的應(yīng)力,使得斷裂能增大,,達(dá)到增強(qiáng)韌性的效果,。