莫來石的性能及應(yīng)用-莫來石耐火材料

莫來石的燒結(jié)性

由于莫來石晶格中Al3+和Si4+的互擴(kuò)散速率小，因此以莫來石粉為原料，采用電熔法和燒結(jié)法得到的莫來石燒結(jié)性很差。為獲得性能優(yōu)良的莫來石，其煅燒溫度約1700℃，如此高的燒成溫度使生產(chǎn)成本大大增加，因此人們紛紛通過細(xì)化加入的原料或引入燒結(jié)助劑這兩種方式來降低其燒成溫度，但通過細(xì)化原料的方式來提高其燒結(jié)性能有限，于是主要引入燒結(jié)助劑(TiO2、Y2O3、MnO等)，通過置換莫來石固溶體中的Al3+造成莫來石晶體發(fā)生晶格畸變，活化晶格或形成低溫液相的方式來提高擴(kuò)散系數(shù)，降低莫來石的燒結(jié)溫度。

莫來石的應(yīng)用

莫來石是一種性能優(yōu)良的耐火原料。除此之外，莫來石還是一種高溫結(jié)構(gòu)材料，在其他行業(yè)也廣泛應(yīng)用。

(1)莫來石耐火材料

莫來石作為一種性能優(yōu)異的耐火材料，具有熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性優(yōu)良等，使其成為許多工業(yè)領(lǐng)域的耐火材料。作為骨料的莫來石，被廣泛應(yīng)用于冶金、玻璃、陶瓷等領(lǐng)域。在冶金工業(yè)，莫來石可用于熱風(fēng)爐磚或窯具磚;在玻璃工業(yè)，莫來石可用在玻璃容器、給水器及玻璃窯的頂部等結(jié)構(gòu);在陶瓷領(lǐng)域，莫來石可用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷;在燃?xì)夤I(yè)，莫來石可用在油氣化設(shè)備及所有氣化車間煉焦?fàn)t、燃?xì)獍l(fā)生器中。莫來石磚可作為熔爐窯、鼓風(fēng)爐、以及連續(xù)澆鑄爐上部分內(nèi)襯的主要組成。在日本，利用熔渣制成的墊板被應(yīng)用于窯爐內(nèi)襯，這種ZrO2/Al2O3/莫來石熔渣ZrO2含3~6wt%，SiO2<20wt%，且具有優(yōu)良的抗腐蝕性和抗熱震性。

(2)莫來石涂層

許多陶瓷、金屬材料，長(zhǎng)期處于高溫、還原、氧化等環(huán)境中會(huì)發(fā)生損壞。這類問題可通過在材料表面涂一層在使用環(huán)境中能夠保持穩(wěn)定的化合物涂層材料來解決。莫來石的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性，抗腐蝕性好，優(yōu)異的性能使其廣泛應(yīng)用在化合物涂層等方面。

(3)莫來石復(fù)合材料

由于莫來石具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、抗蠕變性、抗熱震穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)低等，廣泛在高溫?zé)岵牧项I(lǐng)域應(yīng)用。但是莫來石沒有位錯(cuò)滑移系統(tǒng)，當(dāng)外加載荷超過一定限度時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較多微裂紋消耗能量，使莫來石陶瓷發(fā)生災(zāi)難性破壞，所以如何增韌莫來石材料成為近年來研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外研究人員關(guān)于莫來石復(fù)合材料進(jìn)行了大量研究，并在莫來石增韌領(lǐng)域取得了一定的成果。莫來石復(fù)合材料包括莫來石基體、莫來石纖維等。莫來石復(fù)合材料可降低莫來石材料體系固有脆性，提高其強(qiáng)度和韌性。經(jīng)過多年努力，通過顆粒增強(qiáng)(SiC、ZrO2)或片狀來提高莫來石基復(fù)相材料的熱力學(xué)行為，并在莫來石增韌方面取得了一定的進(jìn)展。