烧结锆质耐火砖介绍

烧结锆质耐火砖包括锆刚玉砖、烧结锆英石砖、烧结锆莫来石砖，下面请看详细介绍。

烧结锆刚玉砖的组成、性能及工艺流程

烧结锆刚玉砖以锆英石和氧化铝为原料，ZrO2含量一般在20%以下。锆英石和氧化铝在1400?1450℃发生下列固相反应：

3Al2O3+2ZrSiO4→3Al2O3·2SiO2+2ZrO2

实现由莫来石和斜锆石(含部分t-ZrO2)构成的两相均匀分布的显微结构。该不可逆反应亦被称为原位反应。反应开始温度的实测值为1397℃;1400?1425℃和1500℃。盛绪敏等的研究结果指出，该反应开始温度为1380℃，生成莫来石;温度达1400?1420℃，反应完全的体积效应为?V+16.4%，即：

①生成物莫来石+t-ZrO2体积膨胀为?V+13.87%;

②当t-ZrO2→m-ZrO2相变时的终体积效应为?V+16.4%。

20世纪60年代，美国生产的原型烧结AZS制品，即依据ZrSiO4-Al2O3系反应烧结原理。所用原料为锆英石细粉、T-氧化铝颗粒和煅烧氧化铝细粉。借助于锆英石和煅烧氧化铝之间的反应烧结而形成ZrO2-莫来石基质，遂成3相材料。制品的ZrO2含量为19.5%、Al2O3为70.0%、SiO2为10.2%，表明原料很纯且无其他添加物。依化学组成推算，锆英石约占30%，与Al2O3反应生成莫来石的体积效应的理论值应为?V+9.3%。按Claussen的试验估算为+3.4%。这是该产品强度偏低(14?16MPa)和显气孔率较高(15%?23%)的主要原因。

由于在反应烧结过程中产生较大的收缩-膨胀效应，导致坯体变形和裂纹，所得烧结材料只能当做半成品-预合成锆莫来石骨料用。将其破碎、成形和烧成，始得以莫来石和斜锆石为主晶相(含少量玻璃相)的烧结AZS制品。若配以烧结(或电熔)刚玉，可得三相制品。

为了使反应完全和玻璃相含量不超过5%,Al2O3与ZrSiO4的摩尔比应不小于1.5。有时还加入一定量的高岭土，加入的量应该符合莫来石的组成。

烧结AZS砖的显微结构特征是细小的(10μm以下)斜锆石微粒均匀地分散在主晶相莫来石和刚玉间，形成致密的结晶网络，含玻璃相少。它有一定量的气孔(气孔率小于20%)，但是没有液相渗出现象。与电熔AZS砖相比，耐玻璃液侵蚀能力较差，但抗热震性较好。

烧结锆英石砖

在工业生产中，为了降低成本，提高经济效益，已经广泛采用价廉物美的锆英石原料来制造烧结锆英石砖。锆英石(ZrSiO4)的结晶成正方晶系，晶形通常呈四角柱状。颜色有红紫、褐、黄、灰色等。锆英石的理论组成为ZrO2:67.23%，SiO2:32.77%。锆英石的熔点为2420℃，密度4.6~4.7g/cm3,莫氏硬度为7.5。

用于制造锆英石砖的锆英石原料，要求其纯度达98%~99%，其中ZrO2的含量应大于63%，杂质含量越低越好。制造制品时，先将纯净的锆英石细粉压成坯块，在1600℃左右煅烧，然后破粉碎、成型，终烧成。锆英石自1540℃开始缓慢离解，从1750℃起离解迅速，到1870℃时，离解量达到95%，离解产物为单斜结晶的氧化锆和二氧化硅玻璃。伴随离解的进行，氧化锆的变体膨胀也逐渐变得显著。由于这个特点，锆英石砖的终烧成温度不超过1600℃。根据锆英石坯体在烧成过程中的体积变化，在600℃以下的升温速度应缓慢，以利于坯体中的水分和有机物质的排除;在600~1200℃之间，烧结尚未开始，升温可加快。在1200~1500℃之间，坯体发生剧烈的收缩，因此升温速度应缓慢。模压法成型制造锆英石砖时，需加入适当的助熔剂和矿化剂。配料一例为：电熔锆英石颗粒料40%，锆英石砂40%，锆英石粉20%，另加入少量的氟化物。用糊精作结合剂，在高压下成型。

由于锆英石的价格比氧化锆低廉，并且容易获得天然原料，在结构上不发生转变，线膨胀系数低，抗热震性也好，所以是一种很有使用价值的耐火材料。锆英石砖可用作熔炼铅、铋等金属及其合金的坩埚、铸钢盛钢桶衬砖、水口砖以及熔化无碱玻璃的容器和熔池砖等。

烧结锆莫来石砖

烧结锆莫来石砖是采用工业氧化铝和锆英石精矿作为原料，通过反应烧结工艺，把ZrO2引入莫来石基质中制成的高性能耐火砖，其反应方程式为：3A12O3十2ZrSiO4→3 A12O3·2SiO2+2ZrO2莫来石陶瓷具有很多良的特性，如耐高温，抗热震性，抗高温蠕变及化学稳定性好等良性能。将ZrO2引入莫来石陶瓷中，利用ZrO2的相变增韧可以较大幅度地提高莫来石材料的高温力学性能。ZrO2对莫来石材料有促进烧结作用，ZrO2的加入，由于其低熔物的产生或空位的形成可以加速ZrO2材料的致密化烧结过程，当ZrO2的摩尔分数为30％时，在1530℃烧成的坯体其相对体积密度达98％，强度达到378MPa韧性达到4.3MPa·m1/2。不同组成的ZrO2材料，其强韧化机制不同。ZrO2的体积分数为15％--30％时，ZrO2材料以应力诱导相变增韧为主；ZrO2的体积分数大于30％时，ZTM材料以微裂纹增韧为主。ZrO2粉末的粒径对ZrO2材料的力学性能有很大的影响。ZrO2粒径较大，ZTM材料基体中Z鼢大部分以m—ZrO2形式存在，材料以微裂纹增韧为主。ZrO2粒径较小时，ZTM材料中t-ZrO3的相对含量较高，材料力学性能的提高主要源于t-ZrO3的相变增韧。生产烧结锆莫来石砖有两种生产工艺：其一是在制耐火砖过程中完成反应烧结，得到相变完全的显微结构；其二是部分相变而维持非平衡的相组合。两种生产工艺各有特色，都能生产出性能良的耐火砖。在工业生产中，为了降低耐火砖价格，往往使用高铝矾土来替代工业氧化铝，生产含锆的莫来石砖。

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