用硅酸鋁質耐火材料廢料制備氧化鋁基陶瓷的技術及機理研究.pdf

1、生態(tài)環(huán)境材料是指同時具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調性或者能夠改善環(huán)境的材料。耐火材料廢料低的回收利用率給環(huán)境保護帶來了極大的壓力；我國對Al<,2>O<,3>瓷球的需求量巨大，但Al<,2>O<,3>原料漲價使高鋁瓷球的生產利潤很低，很多廠家被迫停產或倒閉，急需實現(xiàn)高鋁瓷球低成本高檔化，以滿足市場需求。 本論文主旨是探索研究用硅酸鋁質耐火材料廢料制備性能優(yōu)良的工業(yè)陶瓷的可行性。以瓷球作為研究的切入點，以耐火材料廢料為主要原料

2、，天然礦物為助熔劑，通過合理設計晶界相的組成，成功地制備了一系列性能優(yōu)異的、Al<,2>O<,3>含量從45％至85％的氧化鋁基瓷球，并詳細研究了各工序的物化過程及規(guī)律及其與制成產品的性能、結構及特征的關系。 對制備工藝及助熔劑對陶瓷的燒成及性能影響的研究結果表明，在瓷球組分構成的CaO-MgO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>、MgO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>和CaO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>

3、三個體系中，CaO-MgO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>系瓷球的燒成溫度最低，燒成溫度范圍最寬；CaO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>系瓷球的耐磨性最好，CaO-MgO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>系陶瓷的耐磨性次之，而MgO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>系瓷球的耐磨性最差；在CaO-MgO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>和CaO-BaO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>兩個體系制備瓷

4、球的主晶相均為莫來石，次為剛玉和鈣長石，但CaO-BaO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>系瓷球的燒成溫度低、玻璃相的含量和密度高、結構較致密、耐磨性好；延長廢料的球磨時間，廢料的粒度減小，所制備瓷球的燒成溫度降低、密度和耐磨性提高、晶粒尺寸和氣孔率降低，瓷球在磨損過程中穿晶斷裂的比例增加；延長干坯料的存放時間，坯料的性質趨于均勻化，所制備瓷球的耐磨性提高；增加坯體的成型壓力可降低瓷球的燒成溫度、拓寬燒成溫度范圍并提高耐磨性；

5、 研究了陶瓷的組成、結構與其性能的關系，首次發(fā)現(xiàn)．Al<,2>O<,3>含量低于60％的陶瓷具有高的耐磨性且其耐磨性隨著Al<,2>O<,3>含量的降低、堇青石含量的增加而增加的規(guī)律；陶瓷的主晶相與所用耐火材料廢料的主晶相相同，且主晶相的含量隨著Al<,2>O<,3>含量的增加而增加；獲得用耐火材料廢料制備陶瓷的燒結反應機理：大顆粒起到骨架作用，小顆粒在燒結過程中的熔解、結晶完成燒結；發(fā)現(xiàn)粗晶粒陶瓷可具有高的耐磨性；提出在瓷球磨損表

6、面形成晶體破壞層，并從證實了瓷球的穿晶斷裂磨損機理；當氧化鋁含量大于60％時，陶瓷的密度和耐磨性均隨著氧化鋁含量的增加而提高；陶瓷的抗彎強度、斷裂韌性和耐磨性隨著晶粒粒徑、氣孔率和氣孔直徑的減小而增加； Fe<,2>O<,3>含量增加，陶瓷的燒成溫度降低，密度和耐磨性提高，但陶瓷的顏色也隨著Fe<,2>O<,3>含量的增加而加深；TiO<,2>、CaO、K<,2>O和Na<,2>O的含量增加也使陶瓷的顏色加深。 揭示了瓷球的磨損

7、率既正比于瓷球的作用壓力又正比于瓷球間的接觸點數(shù)的規(guī)律；通過理論推導和試驗驗證，建立了瓷球磨損率與其大小之間的關系模型：w=ar<'-1/3>t+b，該模型較現(xiàn)有模型簡明、合理，而且瓷球的性能越高，模型的預測結果越準確，證實了陶瓷的性能越高，其優(yōu)異性能的重現(xiàn)性越好、可靠性越高。利用創(chuàng)新的自分散技術，探索了用半濕化學法制備陶瓷的可行性，并獲得若干有價值的結果。采用半濕化學法制備，可降低瓷球的燒成溫度，提高其耐磨性；隨著納米AlOOH粉加入