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硅线石在不同领域中的应用进展

作者:红星机器时间:2015-05-20更新时间:1970-01-01

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硅线石是一种高铝硅酸盐矿物,具有化学性质稳定、抗热震性好、抗渣侵蚀性好、机械强度高、耐磨性好、耐火度高等一系列优异性能,已在陶瓷、定形耐火材料、不定形耐火材料、合成莫来石、焊接材料、摩擦材料等领域有着重要的应用。

硅线石是一种具有多用途的非金属矿物原料,被广泛应用于冶金、化工、玻璃、陶瓷、水泥等领域。本文根据硅线石在陶瓷、定形耐火材料、不定形耐火材料以及其他一些领域应用的相关报道文献加以汇总,系统地介绍了硅线石材料的综合利用进展情况。

硅线石

硅线石在陶瓷领域的应用进展

我国工业窑炉所用燃料在燃烧过程中会产生大量的粉尘颗粒和焦油,易造成陶瓷孔的堵塞,导致换热器不能正常工作,因此,限制了该种蜂窝陶瓷组装的换热器在我国的使用。对此,宋希文等和胡定军等均以莫来石、矾土、耐火粘土、硅线石、红柱石、蓝晶石为原料,采用挤压成型,研发出一种适合于我国国情的蓄热式换热器用蜂窝陶瓷。该换热器采用六边形结构,与传统的三角形和四边形结构相比,应力分布均匀,结构稳定。由于硅线石在烧结过程中不被莫来石化,硅线石颗粒和莫来石颗粒相互掺杂,因此起到了异相颗粒增韧的作用。制备的该蜂窝陶瓷经1100℃到水冷热震循环次数可达13次,常温耐压强度为61MPa,荷重软化开始温度为1540℃,耐火度为1790℃,已满足蓄热式换热器的要求。

蒋鹏以硅线石精矿为原料,通过烧结试验探讨了用硅线石精矿制造莫来石瓷的可能性,并研究了2种粒度的硅线石对制备莫来石瓷性能的影响。结果表明:烧结体会因烧结作用导致坯体收缩,同时含有的硅线石发生莫来石化时产生约7%~8%的体积膨胀,因此烧结体是收缩还是膨胀是上述二者综合的作用。在该试验中,以纯硅线石为原料在适当的高温下烧结后可制得气孔率较低、强度良好的莫来石瓷。由细粒度硅线石制备的莫来石瓷的线收缩率大于由粗粒度硅线石制备的,由细粒度硅线石制备的莫来石瓷的力学性能优于由粗粒度硅线石制备的。蒋鹏等还研究了添加氧化铝对以硅线石为原料制备莫来石瓷性能的影响。

结果表明:在硅线石粉料中加入Al2O3,利用二次莫来石化,增加了莫来石含量,减少了玻璃相,提高了莫来石瓷1000℃以上的高温强度。同时由于Al2O3的引入,提高了材料的烧结温度。

硅线石在定形耐火材料领域的应用进展

碳化硅-硅线石制品

碳化硅具有熔点高、高温强度高、耐磨、耐腐蚀、热导率高、电导率高等一系列优异性能,作为窑具材料,现已生产出氧化物结合碳化硅、氮化物结合碳化硅和重结晶碳化硅三类制品,但由于后二者价格昂贵,限制了推广应用。在氧化物结合碳化硅材料中,碳化硅-莫来石得以广泛应用,但天然莫来石原料较少,需人工合成,且合成莫来石的工艺复杂,能源消耗大,成本较高。因此寻找一种能代替莫来石的材料具有重要意义。硅线石的热膨胀系数小于莫来石和碳化硅的,性能与莫来石相近,价格约为莫来石的1/4,且硅线石精矿属原矿,无需煅烧可直接使用,既节能减排,又节约成本。此外,陶瓷窑炉烧成温度一般不超过1350℃,而硅线石于1450℃以上才有少量分解为莫来石,硅线石在此烧成温度范围内是稳定的,尚未开始转化为莫来石,所以不会引起体积膨胀。因此,从理论上讲,制备硅线石结合碳化硅窑具材料是可行的。

硅线石-堇青石质窑具

碳化硅质窑具具有抗热震性优良,多次使用后仍能保持很好的规整度、无裂纹无损坏等诸多优点,但仅适用于还原焰烧成气氛。而对于我国北方的氧化焰烧成气氛,碳化硅质窑具则易被氧化,影响使用寿命;同时析出的游离碳会造成制品局部烟熏,影响制品质量。为适应北方氧化焰烧成需要,王文奇等以硅线石、矾土、粘土、滑石为原料,利用原位反应制备出硅线石-堇青石窑具。将该窑具应用于邯郸春蕾瓷厂1300℃氧化焰的隧道窑中,平均可使用78次,大大提高了制品的合格率,降低了生产成本,增加了效益

高铝砖

为了满足高温窑烧成带及加热炉炉衬蠕变要求,唐秋夏等以莫来石、电熔刚玉、硅线石和软质粘土为原料,研制出蠕变率为-0。22%(在1550℃,0。2MPa,50h下)的低蠕变高铝砖。结果表明:硅线石作为膨胀剂加入到基质中,烧成后的制品形状规则、无裂纹和扭曲等现象,外形尺寸变化率几乎为零,同时利用硅线石的莫来石化反应还增加了基质相中莫来石的含量,提高了材料的常温性能和高温性能。将该高铝砖应用于某耐火材料厂143m高温隧道窑的烧成带吊挂式窑顶,由于砖外形质量良好,尺寸公差较小,又采用同材质的耐火泥浆,因此确保了窑顶整体气密性。

通过以上作者的研究表明,在高铝砖中添加硅线石,起到了提高材料的荷重软化温度,降低蠕变率,改善抗热震性能的作用,其机理是硅线石在高温下发生莫来石化,产生体积膨胀,烧成过程中的相变在颗粒周围产生很多微裂纹,通过微裂纹增韧机理提高了材料的抗热震性能和抗蠕变性能。同时,硅线石的莫来石化增加了高铝砖的有益矿物相含量,改善了高铝砖的组织结构,相变后形成的莫来石其结晶方向平行于原晶相界面,保持了原有的排列方式,在高温荷载下能够有效的抑制晶界滑移,有利于提高高铝砖的抗蠕变性能

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