不同Al2O3含量镁铝尖晶石材料高温力学性能研究

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2021.01.008

耐火材料 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (1): 35-39.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2021.01.008

不同Al₂O₃含量镁铝尖晶石材料高温力学性能研究

范沐旭(), 石干(), 张伟

中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司河南洛阳 471039

收稿日期:2020-06-15 出版日期:2021-02-15 发布日期:2021-02-15
通讯作者: 石干,男,1956年生,硕士,教授级高级工程师。E-mail: shigan@yeah.net
作者简介:范沐旭:男,1990年生,硕士。E-mail: 404913797@qq.com

Effect of Al₂O₃ content on hot mechanical properties of magnesium aluminate spinel

Fan Muxu(), Shi Gan(), Zhang Wei

Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co.,Ltd.,Luoyang 471039,Henan,China

Received:2020-06-15 Online:2021-02-15 Published:2021-02-15
Contact: Shi Gan

摘要/Abstract

摘要：

研究了Al₂O₃含量(w)分别为66%、71%、75%、85%、90%的高纯烧结镁铝尖晶石材料和不同Al₂O₃含量的电熔再结合镁铝尖晶石材料的热态抗折强度、压蠕变特性、显微结构等。结果表明:1)对于高纯烧结镁铝尖晶石材料,随着Al₂O₃含量的增大,其热态抗折强度都有所增大。Al₂O₃含量为66%(w)的试样是尖晶石-方镁石复相材料,方镁石的存在弱化了晶界结合力,高温强度较小。Al₂O₃含量(w)分别为71%、75%、85%的试样,随着Al₂O₃含量的增大,晶粒尺寸变大,晶界结合力增强,断裂方式由沿晶断裂为主过渡到穿晶断裂为主,高温强度也随之增大。Al₂O₃含量为90%(w)的试样为尖晶石-刚玉复相材料,导致其高温强度低于Al₂O₃含量为85%(w)的试样的。2)电熔再结合镁铝尖晶石试样的烧结性随着Al₂O₃含量的增加而减小,抗蠕变性随着Al₂O₃含量的增加而增大。

关键词: 镁铝尖晶石, 非化学计量, 热态抗折强度, 抗蠕变性

Abstract:

The hot modulus of rupture,the creep resistance and the microstructure of high purity sintered MgAl₂O₄ materials with 66%,71%,75%,85%,and 90% Al₂O₃ (by mass) and fused-rebonded MgAl₂O₄ materials with varying Al₂O₃ contents were studied.The results show that:(1)for high purity sintered MgAl₂O₄ materials,the hot modulus of rupture increases along with the increase of the Al₂O₃ content;the sample with 66 mass% Al₂O₃ is spinel-periclase composites in which the existence of periclase weakens the bonding force of grain boundaries,thus resulting in low hot strength;for the samples with 71%,75%,and 85% Al₂O₃,with the increase of the Al₂O₃ content,the grain size increases,and the bonding strength of grain boundaries increases,the main fracture mode changes from intergranular fracture to transgranular fracture,and the hot strength also increases;the sample with 90% Al₂O₃ is spinel-corundum composite which leads to lower hot strength than that of the sample with 85% Al₂O₃;(2)the sinterability of the fused-rebonded MgAl₂O₄ materials decreases with the increase of the Al₂O₃ content,while the creep resistance increases.

Key words: magnesium aluminate spinel, non-stiochiometry, hot modulus of rupture, creep resistance

中图分类号:

TQ175

范沐旭, 石干, 张伟. 不同Al₂O₃含量镁铝尖晶石材料高温力学性能研究[J]. 耐火材料, 2021, 55(1): 35-39.

Fan Muxu, Shi Gan, Zhang Wei. Effect of Al₂O₃ content on hot mechanical properties of magnesium aluminate spinel[J]. Refractories, 2021, 55(1): 35-39.

图/表 10

表1 原料的化学组成

Table 1 Chemical composition of raw materials

原料	w/%
原料	Al₂O₃	MgO	Na₂O	Fe₂O	SiO₂	CaO
电熔尖晶石MA66	68.17	30.44	0.08	0.46	0.33	0.46
电熔尖晶石MA75	75.97	23.2	0.10	0.35	0.44	0.37
电熔尖晶石MA85	84.12	14.70	0.14	0.32	0.31	0.31
高纯氧化铝微粉 RG 4000	99.8	0.05	0.08	0.02	0.03	0.02
高纯氧化镁微粉	0.01	99.5		0.01		0.01

表2 电熔再结合镁铝尖晶石试样的配料组成

Table 2 Formulations of fused-rebonded MgAl2O4 specimens

原料		w/%
原料		试样66S	试样75S	试样80S	试样85S
MA66	1~0.088 mm	65	0	0	0
MA66	≤0.045 mm	35	0	0	0
MA75	1~0.088 mm	0	65	32.5	0
MA75	≤0.045 mm	0	35	17.5	0
MA85	1~0.088 mm	0	0	32.5	65
MA85	≤0.045 mm	0	0	17.5	35

表3 高纯烧结镁铝尖晶石试样的显气孔率和体积密度

Table 3 Apparent porosity and bulk density of high purity sintered MgAl2O4 specimens

项目	66^#	71^#	75^#	85^#	90^#
显气孔率/%	0.2	0.7	0.5	0.3	0.2
体积密度/(g·cm^-3)	3.45	3.34	3.39	3.41	3.66

图1 高纯烧结镁铝尖晶石试样在1 400 ℃的热态抗折强度

Fig.1 HMOR(at 1 400 ℃) of high purity sintered MgAl2O4 specimens

图2 66#高纯烧结镁铝尖晶石试样断口的显微结构照片

Fig.2 Microstructure of high purity sintered MgAl2O4 specimen 66#

图3 71#、75#、85#、90#高纯烧结镁铝尖晶石试样断口的显微结构照片

Fig.3 Microstructure of high purity sintered MgAl2O4 specimens 71#,75#,85# and 90#

表4 71#、75#、85#、90#高纯烧结镁铝尖晶石试样中尖晶石微区的能谱分析结果

Table 4 EDS analysis of high purity sintered MgAl2O4 specimens 71#,75#,85# and 90#

项目	71^#试样	75^#试样	85^#试样	90^#试样
w(Al₂O₃)/%	73.00	75.60	86.14	77.07
w(MgO)/%	27.00	24.40	13.86	22.93

表5 电熔再结合镁铝尖晶石试样的显气孔率和体积密度

Table 5 Apparent porosity and bulk density of fused-rebonded MgAl2O4 specimens

项目		试样 66S	试样 75S	试样 80S	试样 85S
体积密度/ (g·cm^-3)	1 600 ℃烧后	3.12	2.99	2.93	2.95
	1 700 ℃烧后	3.15	3.02	3.02	3.05
	1 740 ℃烧后	3.16	3.02	3.04	3.08
显气孔率/%	1 600 ℃烧后	13.5	14.3	16.5	16.2
	1 700 ℃烧后	13.3	13.5	15.8	15.2
	1 740 ℃烧后	13.2	13.5	14.9	14.3

图4 电熔再结合镁铝尖晶石试样的常温耐压强度

Fig.4 CCS of fused-rebonded MgAl2O4 specimens

图5 电熔再结合镁铝尖晶石试样的蠕变率-时间曲线

Fig.5 Creep rate- time curves of fused-rebonded MgAl2O4 specimens

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