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第8期 彭西高等：氧化铝基耐火材料的高温耐磨性 .1037. 不大 A-0B 此外，脆性材料的硬度和临界应力强度因子会 一D◆一E 随温度升高而降低，所以对于单一高纯矿物相的 高纯刚玉砖，在发生塑性变形之前，其硬度随温度升 高而减小，耐磨性下降；其他产品则由于温度升高， 虽然硬度有所降低，但材料中原有的缺陷随温度升 高而有所弥合，因此耐磨性有所增强，磨损体积 0 0 40080012001600 减小. 实验温度℃ 2.2组织结构与高温耐磨性的关系 图2材料的磨损体积与实验温度的关系曲线 材料的组织结构是影响耐火制品耐磨性的本质 Fig 2 Relationship beween abrasive volme and temperature of the 因素。一般来说，原料的硬度越大，骨料与基质的结 tested materials 合强度越高，耐磨性越好.由于耐火材料是非均质 发生了显著变化，这是材料发生弹塑性转化的结果， 体，基质部位是材料的薄弱环节，而冲蚀磨损也是从 其中普通高铝砖、塑性相复合刚玉砖和锆铬刚玉砖 基质部位开始的，因此基质与颗粒的结合强度对材 的弹塑性转变温度为600~800℃，而高纯刚玉砖为 料的耐磨性影响更大， 800~1000℃，这与其高温耐磨性实验结果基本符 实验结果表明，普通高铝砖的耐磨性低于锆铬 合，即在材料发生明显的塑性变化时，其高温磨损体 刚玉砖、塑性相结合刚玉砖和赛隆结合刚玉砖，这是 积显著减小，其机理是产生的塑性变形吸收了磨损 主要矿物相起了重要作用，普通高铝砖的主要原料 介质的冲击动能，较大地缓冲磨损介质对试样的冲 为特级矾土，其矿物相主要为莫来石、刚玉和玻璃 击，阻碍裂纹的产生和扩展，因此磨损体积显著减 相，所以普通高铝砖的耐磨性与矿物相为刚玉的其 小，耐磨性增强 他材料相比较差 22 但是，高纯刚玉砖的耐磨性比普通高铝砖还差， 则是因为普通高铝砖的烧结程度（骨料与基质的结 合程度较好，提高了其耐磨性，当磨损介质冲蚀试 样表面时，由于基质与骨料结合得不牢固，基质部分 容易被冲刷掉，留下裸露的骨料，使其磨损体积更 -A0-B 大，从图4中材料的扫描电镜照片可以看出，普通 一D·一E 高铝砖中基质与骨料结合得较好，矾土骨料与基质 400 8001200 1600 形成密实的结合，而高纯刚玉砖中的颗粒与基质结 实羚温度心 合的边界清楚，结合程度差 图3材料的弹性模量与实验温度的关系曲线 另外，由图5可以看出：在烧成过程中，锆铬刚 Fig 3 Relationship beween elastic modulus and temnpemtire of the 玉砖在刚玉颗粒周围形成了A03与C0固溶体， tested materials 同时锆英石在1400℃分解后与刚玉反应生成莫来 耐火材料属于脆性材料，其弹塑性转变温度与 石，结构致密性高于高纯刚玉砖；在塑性相结合刚玉 基质结合相的矿物组成密切相关，普通高铝砖由于 砖中，加入的金属硅在成型时可以呈现“塑性成型” 杂质含量较高，在较低温度时，基质相发生软化，使 的特征而形成更加致密的结构，在烧成过程中，金属 材料处于塑性状态[).塑性相结合刚玉砖则是由于 硅熔融后充填于颗粒间隙，最后利用界面张力而使 添加了金属硅等，其作为塑性弥散相与耐火骨料和 颗粒形成紧密结合，所以塑性相结合刚玉砖的耐磨 基质复合而使材料在较低温度下表现为塑性[町.锆 性高于锆铬刚玉砖和高纯刚玉砖.由于赛隆或氮化 铬刚玉砖中添加了少量磷酸盐，在较低温度下即产 物氧化时放热和颗粒膨胀，形成非常致密的表面，且 生低熔点矿物相，高纯刚玉砖的杂质含量低，弹塑 在出现新的断口后，这个防护层自动生成，材料具有 性转变的温度较高，赛隆结合刚玉砖的结合相在实 “自修复的能力山.所以，赛隆结合刚玉砖因同时 验温度范围内不会出现液相，因此在整个实验温度 具有高硬度矿物相和致密的结构及“自修复能力， 范围内没有发生弹塑性变化，所以磨损体积变化 其耐磨性最好，第 8期 彭西高等： 氧化铝基耐火材料的高温耐磨性 图 2 材料的磨损体积与实验温度的关系曲线 Ｆｉｇ．2 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｂｒａｓｉｖｅｖｏｌｕｍｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅ ｔｅｓｔｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ 发生了显著变化这是材料发生弹塑性转化的结果 其中普通高铝砖、塑性相复合刚玉砖和锆铬刚玉砖 的弹塑性转变温度为 600～800℃而高纯刚玉砖为 800～1000℃这与其高温耐磨性实验结果基本符 合即在材料发生明显的塑性变化时其高温磨损体 积显著减小．其机理是产生的塑性变形吸收了磨损 介质的冲击动能较大地缓冲磨损介质对试样的冲 击阻碍裂纹的产生和扩展因此磨损体积显著减 小耐磨性增强． 图 3 材料的弹性模量与实验温度的关系曲线 Ｆｉｇ．3 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅ ｔｅｓｔｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ 耐火材料属于脆性材料其弹塑性转变温度与 基质结合相的矿物组成密切相关普通高铝砖由于 杂质含量较高在较低温度时基质相发生软化使 材料处于塑性状态 ［8］．塑性相结合刚玉砖则是由于 添加了金属硅等其作为塑性弥散相与耐火骨料和 基质复合而使材料在较低温度下表现为塑性 ［9］．锆 铬刚玉砖中添加了少量磷酸盐在较低温度下即产 生低熔点矿物相．高纯刚玉砖的杂质含量低弹塑 性转变的温度较高．赛隆结合刚玉砖的结合相在实 验温度范围内不会出现液相因此在整个实验温度 范围内没有发生弹塑性变化所以磨损体积变化 不大． 此外脆性材料的硬度和临界应力强度因子会 随温度升高而降低 ［10］所以对于单一高纯矿物相的 高纯刚玉砖在发生塑性变形之前其硬度随温度升 高而减小耐磨性下降；其他产品则由于温度升高 虽然硬度有所降低但材料中原有的缺陷随温度升 高而有所弥合因此耐磨性有所增强磨损体积 减小． 2∙2 组织结构与高温耐磨性的关系 材料的组织结构是影响耐火制品耐磨性的本质 因素．一般来说原料的硬度越大骨料与基质的结 合强度越高耐磨性越好．由于耐火材料是非均质 体基质部位是材料的薄弱环节而冲蚀磨损也是从 基质部位开始的因此基质与颗粒的结合强度对材 料的耐磨性影响更大． 实验结果表明普通高铝砖的耐磨性低于锆铬 刚玉砖、塑性相结合刚玉砖和赛隆结合刚玉砖这是 主要矿物相起了重要作用普通高铝砖的主要原料 为特级矾土其矿物相主要为莫来石、刚玉和玻璃 相所以普通高铝砖的耐磨性与矿物相为刚玉的其 他材料相比较差． 但是高纯刚玉砖的耐磨性比普通高铝砖还差 则是因为普通高铝砖的烧结程度 （骨料与基质的结 合程度 ）较好提高了其耐磨性．当磨损介质冲蚀试 样表面时由于基质与骨料结合得不牢固基质部分 容易被冲刷掉留下裸露的骨料使其磨损体积更 大．从图 4中材料的扫描电镜照片可以看出普通 高铝砖中基质与骨料结合得较好矾土骨料与基质 形成密实的结合而高纯刚玉砖中的颗粒与基质结 合的边界清楚结合程度差． 另外由图 5可以看出：在烧成过程中锆铬刚 玉砖在刚玉颗粒周围形成了 Ａｌ2Ｏ3与 Ｃｒ2Ｏ3固溶体 同时锆英石在 1400℃分解后与刚玉反应生成莫来 石结构致密性高于高纯刚玉砖；在塑性相结合刚玉 砖中加入的金属硅在成型时可以呈现 “塑性成型 ” 的特征而形成更加致密的结构在烧成过程中金属 硅熔融后充填于颗粒间隙最后利用界面张力而使 颗粒形成紧密结合所以塑性相结合刚玉砖的耐磨 性高于锆铬刚玉砖和高纯刚玉砖．由于赛隆或氮化 物氧化时放热和颗粒膨胀形成非常致密的表面且 在出现新的断口后这个防护层自动生成材料具有 “自修复 ”的能力 ［11］．所以赛隆结合刚玉砖因同时 具有高硬度矿物相和致密的结构及 “自修复 ”能力 其耐磨性最好． ·1037·