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影响耐火砖烧结的因素都有哪些?

所属分类:行业资讯 发布时间:2020-12-02 浏览次数:85

耐火砖适用于很多行业,最常见的也就是工业行业,在它烧结的时候,会受到原料以及添加剂等影响,下面我们就来看看。

第一,原材料的影响。

原材料对烧结的影响可分为内外因两方面。内部成分是物质的结晶化学性质,外部成分主要表现为所使用物质的颗粒成分。材料的晶格能量是决定材料烧结与再结晶难易的一个重要参数。格子能大,晶体结构比较稳定,高温下质点运动少,难以烧结。晶型也是一个重要影响因素,材料的阳离子极性低,则它所形成的化合物晶体结构比较稳定,必须在接近熔点的温度下才有明显的缺陷,所以这类化合物的质点移动性小,不易烧结。由于耐火材料中Al2O3、MgO的晶格能高而极性低,因此难以烧结。

第二,添加剂的作用。

当固相烧结时,少量的添加剂(烧结剂)可以形成与主晶相相的固溶体,从而使缺陷增加;当液相烧结时,添加剂可以改变液相的性质(例如,粘土、成分等),因此可以促进烧结。助剂的作用可以体现在以下几个方面:

1.固溶体的形成。在烧结过程中,加入的添加剂能使晶格缺陷增大,使晶格发生活化,从而促进烧结。一般而言,有限置换固溶体的形成更有利于促进烧结。助剂离子、半径的比值越大,与主晶格离子的比值相差越大,晶格变形越大,促进烧结的作用也越明显。若加入3%Cr2O3形成连续的固溶体,则Al2O3可以在1860℃下烧结;若加入1%~2%TiO2,则可以在1600℃下烧结。

2.阻止晶型转变:烧结过程中某些氧化物发生晶型转变并伴随着较大的体积效应,这样很难实现烧结致密化,容易造成坯体开裂。此时若能选用适当的添加剂加以抑制,可促进烧结。这种机制为加入一定量的CaO、MgO和ZrO2后烧结所致。当温度达到1200℃时,m-ZrO2转化为t-ZrO2,伴随着10%左右的体积收缩,产物稳定性下降。采用电价低于Zr4+(或Mg2+)的Ca2+,能形成稳定的立方萤石结构固溶体。这既防止了产品开裂,又提高了晶体中缺陷的浓度,加速了烧结。

3.烧结后期抑制品粒长大,对促进烧结致密化起着重要作用。但是,如果二次再结晶或断续晶粒过快长大,则会造成晶粒粗大,晶界变宽,产生反致密化现象,影响制品的显微结构。此时,可以通过添加抑制异常生长品粒的助剂来促进烧结,在烧结透明的Al2O3制品时,为了抑制二次重结晶,消除晶界上的气孔,一般可以添加MgO或MgF2,在高温下形成镁铝尖晶石包裹Al2O3制品表面,抑制晶界迁移速度,并促使气孔排出,对促进烧结坯体具有显著效果。

4.液相形成。助剂烧结时形成液相。其原因主要有两个方面:一是助剂本身的熔点较低,二是助剂与烧结物形成多元低熔体,三是液相的传质阻力小,传质速度快,导致烧结温度降低,坯体密度增加。举例来说,制造95%Al2O3陶瓷时,通常会加入CaO和SiO2,当CaO:SiO2=1时,由于产生了CaO-Al2O3-SiO2的液相,使得材料能够在1540℃烧结。应当注意的是,能够促进液相形成的添加剂并不都能促进烧结,例如,将部分碱金属氧化物加入Al2O3会严重阻碍其烧结。此外,液态形成虽然有利于烧结,但也会严重影响材料的高温性能,因此必须综合考虑。



第三,烧结温度和保温时间的影响

耐火材料的烧结温度和保温时间是影响其性能的重要因素。随温度的升高,物料的蒸汽压力增加,扩散系数增加,液相粘度下降,促进蒸发-凝聚,离子和空位扩散,颗粒重排,材料的粘性流动,如粘性和塑性流,因此烧结速度加快。但在烧结后期,由于烧结时间的不合理延长,有时会加剧二次再结晶作用,使产品不能充分致密,从而使产品质量下降。

第四,气氛的影响。

烧结气氛直接影响烧结效果和产品质量,烧结气氛一般可分为氧化气氛、中性气氛和还原性气氛,不同材料烧结时应选用不同的烧结气氛,以保证坯体内的物理和化学反应顺利进行。烧成结束期,当气孔处于封闭状态时,气氛(气体类型)对烧结过程产生影响。对Al2O3进行烧结研究后发现,当气体在晶格中的溶解度较小且扩散缓慢时,孤立的气孔不易从坏体中排出。比如Al2O3在氩气和空气中的烧结过程。而当气体在格子内的扩散速度足够快时,气氛对烧结结束并无影响。若气氛对烧结组织有一定的控制作用,则可以扩散,有利于烧结过程。