鋯質(zhì)莫來(lái)石磚特點(diǎn)

 

天然的斜鋯石(ZrO2)常呈不規(guī)則塊狀，黑色、褐色、黃色或無(wú)色。我國(guó)天然的斜鋯石礦體很少。工業(yè)上使用的ZrO2，屬化工原料，是由鋯英石(ZrO2·SiO2) 采用化學(xué)方法制得的白色或微黃色粉末。純的ZrO2在常壓下共有三種晶型：從低溫到高溫依次為單斜相、四方相和立方相。立方相氧化鋯為螢石結(jié)構(gòu)，四方晶型相當(dāng)于螢石型結(jié)構(gòu)沿著c軸伸長(zhǎng)而變形的晶體結(jié)構(gòu);而單斜晶型則可以看作四方晶型沿著β角偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度而成的。在不同溫度范圍內(nèi)可相互轉(zhuǎn)化。

 

穩(wěn)定的ZrO2，依其穩(wěn)定程度的不同，又有部分穩(wěn)定的ZrO2和全穩(wěn)定的ZrO2之分，由于全穩(wěn)定的ZrO2的熱膨脹系數(shù)較大，其熱震穩(wěn)定性不及部分穩(wěn)定的好，故后者常用來(lái)做陶瓷和耐火材料的增韌材料。

 

雜質(zhì)對(duì)莫來(lái)石耐火磚性能的影響及改善方法

莫來(lái)石質(zhì)耐火材料中通常含有TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O等雜質(zhì)氧化物，天然原料生產(chǎn)的莫來(lái)石中的雜志含量要比人工合成原料高。這些雜質(zhì)氧化物在莫來(lái)石中起溶劑作用，降低溶液的形成溫度和黏度，增大液相的生成量，提高溶液和對(duì)固相的溶解速度和溶解數(shù)量，但各雜質(zhì)氧化物所起的作用強(qiáng)弱程度不同，其中以K2O和Na2O對(duì)液相形成溫度影響，K2O和Na2O分別使其無(wú)變量點(diǎn)溫度降低513~724℃，同時(shí)還起分解莫來(lái)石的作用，在這寫(xiě)雜質(zhì)氧化物中，TiO2的影響小，僅使無(wú)變量點(diǎn)溫度降低101~107℃.當(dāng)TiO2含量較少時(shí)，除了部分固溶于莫來(lái)石中形成有限固溶體，促進(jìn)莫來(lái)石生成和晶體發(fā)育長(zhǎng)大外，還有部分在高溫下進(jìn)入液相形成玻璃體。

 

高溫下Fe2O3在莫來(lái)石和剛玉有一定固溶度，形成有限固熔體。它在剛玉中的固溶度較在莫來(lái)石中的高，由于固溶體的形成，使莫來(lái)石和剛玉的晶格長(zhǎng)大。Fe2O3對(duì)Al2O3-SiO2系材料的始熔溫度與系統(tǒng)中的Al2O3含量或者說(shuō)與Al2O3/SiO2比值有關(guān)，當(dāng)Al2O3/SiO2<2.55時(shí)，始熔溫度為1380℃，若Al2O3/SiO2>2.55時(shí)，始熔溫度提高到1460℃，并隨其Al2O3含量提高而逐漸提高。在還原氣氛下，F(xiàn)e2O3被還原成FeO而脫溶進(jìn)入玻璃相，并使系統(tǒng)的始熔溫度下降，分別下降至1240℃和1380℃。

 

總之，隨著莫來(lái)石磚中Al2O3含量的提高，其高溫性能提高；而溶劑量增多，高溫性能降低。據(jù)此，嚴(yán)格控制雜質(zhì)氧化物含量，尤其K2O、Na2O和Fe2O3的含量，是獲得高性能高純莫來(lái)石磚的重要措施。在含有堿類成分熔渣或氣體環(huán)境中使用，對(duì)莫來(lái)石質(zhì)耐火磚均具有嚴(yán)重的侵蝕作用。

 

鋯莫來(lái)石磚是以莫來(lái)石和氧化鋯為原料的熔鑄耐火制品。鋯莫來(lái)石熔鑄磚晶體結(jié)構(gòu)致密，荷重軟化溫度高，熱穩(wěn)定性好，常溫及高溫下機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性好，導(dǎo)熱性好，并且有良的抵抗侵蝕的能力。

 

以工業(yè)氧化鋁和鋯英石為原料，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)制成的鋯莫來(lái)石磚，因反應(yīng)和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行，工藝過(guò)程控制比較困難。通常，在燒成時(shí)先在1450℃保溫，使其致密化，然后再升溫至1600℃進(jìn)行反應(yīng)，ZrSiO4在大于1535℃分解成ZrO2和SiO2，其中SiO2和Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石，由于ZrSiO4分解時(shí)有一部分液相出現(xiàn)，并且ZrSiO4的分解可使顆粒細(xì)化，增加比表面積，從而促進(jìn)燒結(jié)。

 

研究表明，在鋯英石的加入量小于54.7％時(shí)，隨著鋯英石加入量的增加，燒結(jié)試樣的顯微結(jié)構(gòu)由柱狀剛玉構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)逐漸過(guò)渡到由柱狀莫來(lái)石構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。試樣的高溫抗折強(qiáng)度(1400。C)也隨氧化鋯含量的增加而增大，在氧化鋯含量為23.7％時(shí)出現(xiàn)一較大值，而后強(qiáng)度下降。鋯英石的加入有助于抗熱震性的提高。