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钦铝酸钙(calcium alumino-titanate;CAT)是一种以 CA6和 Ca((Al0.84Ti0.16)2)6O19为主晶相,CA2、CaTiO3和Rutile为次晶相的耐火资源,具有高的熔点和耐火度、优良的耐磨性能和较低的热导率和热膨胀系数,且高温处理后的CAT中的CA2和Ca((Al0.84Ti0.16)2)6O19相均会转变成CA6。在循环经济模式下,对固体废弃物资源进行再利用具有重要的意义,本课题旨在探索钛铝酸钙-矾土-碳化硅复相耐火材料的热学、力学和抗碱性气体侵蚀性能及如何最大化的提高钛铝酸钙的利用。本论文以特级高铝矾土熟料、CAT、碳化硅、广西白泥、单质硅粉、α-氧化铝微粉作为原料,以磷酸二氢铝为结合剂,研究了 CAT的加入量和粒度、Y2O3添加量、烧成温度和烧成气氛对钛铝酸钙-矾土-碳化硅复相耐火材料物相组成、显微结构、热学、力学性能和抗碱性气体侵蚀性能的影响,研究结果表明:(1)1450℃热处理后,CAT会与复相材料中由金属Si或者SiC氧化生成的SiO2反应生成低熔相和液相,造成CAT中的CA6、CA2与CaTiO3等物相的消失。高的CAT含量会导致复相材料中颗粒与基质的结合变差,从而降低试样的强度、抗热震性和荷重软化温度。(2)钛铝酸钙-矾土-碳化硅复相耐火材料的碱侵蚀机理可归结如下:a)K2CO3分解产生的钾气体通过裂纹和开口气孔进入到试样的内部;b)钾气体与材料中的Al2O3和SiO2反应生成钾霞石,伴随的体积膨胀导致材料结构的破坏。钛铝酸钙-矾土-碳化硅烧后形成一种“外部致密内部疏松”的结构,故试样的抗碱性气体侵蚀性能的好坏主要取决于该结构外部区域的大小。(3)CAT颗料尺寸大小会显著影响材料的显微结构和烧结性能。由于CAT颗粒与矾土颗粒有较好的烧结相容性,而基质中的CAT细粉易产生膨胀效应,故相比于CAT细粉加入的钛铝酸钙-矾土-碳化硅材料,以CAT颗粒加入的钛铝酸钙-矾土-碳化硅材料呈现更优良的热震稳定性、更高的力学强度和荷重软化温度、更高的热膨胀系数和更优良的抗碱性气体侵蚀性能。(4)CAT颗粒的碱侵蚀机理可归结如下:a)钾气体通过裂纹和气孔进入到CAT颗粒内部,与钙长石和刚玉物相反应生成钾霞石,并伴随着钙硅钾体系液相和裂纹的形成;b)CAT颗粒内部的气孔可以沉积钾气体。(5)1.5 wt%的Y2O3的加入会改善钛铝酸钙-矾土-碳化硅试样的“外部致密内部疏松”结构,从而提高材料的强度和抗碱性气体侵蚀性。(6)不同温度处理后的钛铝酸钙-矾土-碳化硅材料的显微结构表明:a)矾土颗粒中的刚玉物相的聚集随着温度的增加而增加,过高的温度会导致刚玉颗粒的异常长大;b)当温度>1450℃,CAT颗粒中的莫来石晶须开始露出液相表面,且在温度为1600℃时,呈现最好的结晶晶形;c)由于SiC的氧化和钙离子的扩散,SiC颗粒表面的富钙区域会随着温度的增加而增加。(7)在还原性气氛下,CAT中会保留部分的CA6物相。CAT颗粒的侵蚀机理可归结为:a)钾气体通过层片状的CA6晶粒的间隙进入并沉积在具有高含量CA6物相的CAT颗粒内部;b)钾气体与具有低含量CA6物相的CAT颗粒中的刚玉和钙长石反应生成钾霞石,伴随着体积膨胀,且存在于CAT中的Al2O3-CaO-SiO2液相量降低,导致试样结构的破坏。