稀土氧化物对镁质耐火材料性能和结构影响的研究

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本文综述了碱性耐火材料的特点以及稀土氧化物在高温结构材料和耐火材料中的研究和应用现状。以此为基础,研究了添加稀土氧化物对镁质耐火材料、镁尖晶石耐火材料性能的影响,并借助于扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)等测试手段对所制备材料的显微结构、物相组成进行观察和分析。以电熔镁砂和稀土氧化物粉末(Y2O3、La2O3、Nd2O3、CeO2)为原料,研究了稀土氧化物对镁质耐火材料烧结性能、力学性能和高温性能的影响。结果表明:(1)适量的稀土氧化物可有效促进镁质耐火材料的烧结,增强材料的致密化特性。(2)从位移量—温度曲线变化趋势可以推理出:适量的稀土氧化物有利于增强材料抵抗高温和荷重同时作用的能力,但过多的稀土氧化物反而会降低其抵抗能力。(3)和未加稀土氧化物的试样相比,加入1Wt%Y2O3的试样表现出良好高温力学性能,1400℃时的抗折强度由原来的1.57MPa提高到11.01MPa;适量的La2O3和Nd2O3也能提高材料的高温抗折强度,但程度不大;CeO2对材料高温抗折强度的提高基本没有影响。(4)在ΔT=1100℃的条件下,经五次冷热循环后加入1Wt%Y2O3的试样抗折强度保持率达到90.1%,表明少量的Y2O3可显著改善镁质耐火材料的热震稳定性;其它的稀土氧化物不利于材料热震稳定性的提高。(5)在15501700℃范围内,提高烧成温度并不能导致材料性能的提高;复合稀土氧化物有利于提高镁质耐火材料的高温抗折强度。(6)由XRD物相分析可知稀土氧化物不同程度地与镁砂中的杂质成分发生了各种反应,借助于SEM和EDS显微分析手段可知,试样烧成后存在于材料中的部分稀土硅酸盐相进入到方镁石晶粒间。以电熔镁砂、白刚玉细粉和四种稀土氧化物粉末(Y2O3、La2O3、Nd2O3、CeO2)为原料,使坯体在烧成过程中形成尖晶石,研究了稀土氧化物对镁尖晶石耐火材料烧结性能、力学性能和高温性能的影响。研究结果表明,稀土氧化物可以促进镁尖晶石耐火材料的烧结;稀土氧化物有利于尖晶石的生长和发育;稀土氧化物都能够改善镁尖晶石耐火材料的热震稳定性。
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