,1144 北京科技大学学报 第33卷 此类放射状微裂纹有利于热应力的释放与耗散 9.0 图2(d)为镁锆共晶的显微形貌图，在方镁石大骨 85 架的共晶体内氧化锆分布均匀，且晶粒细小，使材料 的力学性能提高，同时，在方镁石中有大量的封闭 7.5 气孔，有利于提高材料的耐热震性能[5一刃.另外，孤 岛状分布在方镁石晶内的氧化锆对方镁石晶体起到 墓65 钉扎效应，能防止高温时的蠕变滑移，有利于提高材 6.0 料的高温力学性能，在氧化物基体的复合材料中， 556 400 800 1200 1600 测试温度℃ 氧化物颗粒形成骨架结构，引入的颗粒穿插于骨架 结构的空隙中，能产生弥散强化和韧化效应，有利于 图3具有氧化钴包覆方镁石显微结构的镁钻砖在不同温度下 提高材料各温度下的强度⑧-). 的抗折强度曲线 Fig 3 Rupture strength curve of magnesia zirconia bricks with the 综上所述，在具有氧化锆包覆方镁石显微结构 m icrostnictire of periclase covered by zirconia at deferent lom pemtums 的镁锆砖中，由于存在氧化锆增韧作用，有利于提高 材料的抗热震性：通过氧化锆晶粒的补强作用和钉 下降，材料中的杂质软化导致材料的局部蠕变效应 扎效应，有利于提高材料的抗折强度和耐压强度：包 作用更大，使得材料的抗折强度逐渐变低，如B4·在 含的封闭气孔可提高抗热震性能一).因此，这种 1500℃后，材料的抗折强度下降速度增大，如C区 工艺制备的镁锆砖具有优异的高温抗折和耐热震性 域，这时杂质的软化引起蠕变导致出现滑移，材料的 能，图3为不同温度下，具有氧化锆包覆方镁石显 蠕变断裂占主导作用，材料的抗折强度迅速下降. 微结构的镁锆砖的抗折强度曲线， 在B2区域出现异常的转折点，这是由于除了上述两 由图3知，镁锆砖的抗折强度和温度的关系曲 种因素影响材料的抗折强度外，还有在1170℃时单 线满足第一类MOR-T特征曲线.从室温到600℃ 斜氧化锆出现相变等影响，这些多因素共同作用导 时，抗折强度变化不明显，如图3所示的A区域，在 致材料抗折强度变化显现异常波动， A区域为弹性阶段，杂质的玻璃相没有软化，不起作 考察1400℃时的材料断裂面形貌（图4），材料 用，随着温度的升高，方镁石和氧化锆的晶粒之间膨 发生断裂时以沿晶断裂方式断裂，没有发生穿晶断 胀系数的差异使得晶体相互靠近，晶粒间的啮合度 裂现象，裂纹沿着晶界扩展。这有两方面的原因：一 提高，裂纹得到弥合，表现出抗折强度提高；再随着 方面，由于耐火材料的晶界结合不是非常牢固；另一 温度升高到1400℃时，材料的抗折强度有所提高， 方面，晶界区内杂质的偏聚对沿晶断裂起着重要影 如B区域.在B区时材料的抗折性能受到热膨胀系 响.在镁锆复合材料中方镁石晶界中氧化锆和其他 数差异和杂质软化两者共同作用，在前期热胀系数 杂质偏聚有利于阻止穿晶断裂，促成沿晶断 差异作用大于杂质软化作用，在后期则相反，在 裂2-一).由于材料发生断裂时为沿晶断裂，此种断 1400℃后出现转折，随着温度升高材料的抗折强度 裂程长，吸收的断裂能大，所以材料的抗折强度高 220w23 图4镁钴砖的断口扫描电镜形貌 Fig 4 SEM photogrphs of the fracture surface ofmagnesia zirconia bricks北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 此类放射状微裂纹有利于热应力的释放与耗散． 图 2（ｄ）为镁锆共晶的显微形貌图．在方镁石大骨 架的共晶体内氧化锆分布均匀‚且晶粒细小‚使材料 的力学性能提高．同时‚在方镁石中有大量的封闭 气孔‚有利于提高材料的耐热震性能 ［5－7］．另外‚孤 岛状分布在方镁石晶内的氧化锆对方镁石晶体起到 钉扎效应‚能防止高温时的蠕变滑移‚有利于提高材 料的高温力学性能．在氧化物基体的复合材料中‚ 氧化物颗粒形成骨架结构‚引入的颗粒穿插于骨架 结构的空隙中‚能产生弥散强化和韧化效应‚有利于 提高材料各温度下的强度 ［8－9］． 图 4 镁锆砖的断口扫描电镜形貌 Ｆｉｇ．4 ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｍａｇｎｅｓｉａ-ｚｉｒｃｏｎｉａｂｒｉｃｋｓ 综上所述‚在具有氧化锆包覆方镁石显微结构 的镁锆砖中‚由于存在氧化锆增韧作用‚有利于提高 材料的抗热震性；通过氧化锆晶粒的补强作用和钉 扎效应‚有利于提高材料的抗折强度和耐压强度；包 含的封闭气孔可提高抗热震性能 ［10－11］．因此‚这种 工艺制备的镁锆砖具有优异的高温抗折和耐热震性 能．图 3为不同温度下‚具有氧化锆包覆方镁石显 微结构的镁锆砖的抗折强度曲线． 由图 3知‚镁锆砖的抗折强度和温度的关系曲 线满足第一类 ＭＯＲ--Ｔ特征曲线．从室温到 600℃ 时‚抗折强度变化不明显‚如图 3所示的 Ａ区域‚在 Ａ区域为弹性阶段‚杂质的玻璃相没有软化‚不起作 用‚随着温度的升高‚方镁石和氧化锆的晶粒之间膨 胀系数的差异使得晶体相互靠近‚晶粒间的啮合度 提高‚裂纹得到弥合‚表现出抗折强度提高；再随着 温度升高到 1400℃时‚材料的抗折强度有所提高‚ 如 Ｂ区域．在 Ｂ区时材料的抗折性能受到热膨胀系 数差异和杂质软化两者共同作用‚在前期热胀系数 差异作用大于杂质软化作用‚在后期则相反．在 1400℃后出现转折‚随着温度升高材料的抗折强度 图 3 具有氧化锆包覆方镁石显微结构的镁锆砖在不同温度下 的抗折强度曲线 Ｆｉｇ．3 Ｒｕｐｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｏｆｍａｇｎｅｓｉａ-ｚｉｒｃｏｎｉａｂｒｉｃｋｓｗｉｔｈｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｅｒｉｃｌａｓｅｃｏｖｅｒｅｄｂｙｚｉｒｃｏｎｉａａｔｄｅｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ 下降‚材料中的杂质软化导致材料的局部蠕变效应 作用更大‚使得材料的抗折强度逐渐变低‚如 Ｂ4．在 1500℃后‚材料的抗折强度下降速度增大‚如 Ｃ区 域‚这时杂质的软化引起蠕变导致出现滑移‚材料的 蠕变断裂占主导作用‚材料的抗折强度迅速下降． 在 Ｂ2区域出现异常的转折点‚这是由于除了上述两 种因素影响材料的抗折强度外‚还有在 1170℃时单 斜氧化锆出现相变等影响‚这些多因素共同作用导 致材料抗折强度变化显现异常波动． 考察 1400℃时的材料断裂面形貌 （图 4）‚材料 发生断裂时以沿晶断裂方式断裂‚没有发生穿晶断 裂现象‚裂纹沿着晶界扩展．这有两方面的原因：一 方面‚由于耐火材料的晶界结合不是非常牢固；另一 方面‚晶界区内杂质的偏聚对沿晶断裂起着重要影 响．在镁锆复合材料中方镁石晶界中氧化锆和其他 杂质 偏 聚 有 利 于 阻 止 穿 晶 断 裂‚促 成 沿 晶 断 裂 ［12－15］．由于材料发生断裂时为沿晶断裂‚此种断 裂程长‚吸收的断裂能大‚所以材料的抗折强度高． ·1144·