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陶瓷的显微结构:显微结构的特征及耐火材料
2022年07月06日 发布 分类:粉体入门 点击量:140
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陶瓷制品的性质不仅取决于相的组成和结构,还取决于相的排列。成品的相分布或显微结构取决于初始的制造工艺、所采用的原料、相平衡关系以区相变动力学、晶粒长大和烧结。

显微结构的特征

在地质学、治金学和陶瓷学中,显微结构的观察和解释有着很长的历史。关于陶瓷显微结构的许多最有成效的分析是在 1910-1930 年这一时期内完成的,所以这绝不是一个新课题。然而,技术手段的发展以及对于影响显微结构形成因素的理解提供了更为完整的实际结构的图像,并且对结构的成因提供了较好的解释。

能够测定的显微结构的特征是:①所含的相(包括孔隙在内)的数目及其识别;②每一个相的相对数量;③每一个相的特征如相的大小、形状和取向。

1.研究显微结构的方法

近年来显微构造学学科的迅猛发展,与相邻学科或相关学科在理论和技术上的飞跃是分不开的。因而作为现代理论(例如金属学的位错理论等)和技术(主要包括透射电子显微镜技术(TEM)、扫描电子显微镜技术(SEM)、阴极发光技术和电子计算机分析技术等)引入的结果,构造地质学在近年的研究中取得了由宏观构造分析,至小型构造分析、微型构造分析乃至超微构造分析方面的全面发展;实现了对于显微构造的研究由简单的定性描述阶段发展到定量分析阶段的飞跃;进而推动了目前对于构造岩和变质岩成因、地壳岩石圈动力学结构和流变学结构、成矿作用理论以及灾害地震孕震与发震机制的深入研究或重新认识。由于意识到现代技术方法的重要地位和作用,许多构造地质学家在深入开展构造地质学研究的同时,还正开展着现代技术方法的应用研究。这一方面促进了现代技术和方法在构造地质学科的更加广泛运用,也推动了现代构造地质学的飞速发展。具有一定能量的入射电子束轰击样品表面时,电子与元素的原子核及外层电子发生单次或多次弹性与非弹性碰撞;会反射、折射或衍射出多种不同形式的粒子。其中,99%以上的入射电子能量转变成样品热能,而其余约1%的入射能量从样品中激发出各种信号,包括二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、阴极荧光、X射线等(如图),借此发展了电子显微镜、阴极发光显微摄像系统及X-射线接收系统。


耐火材枓

耐火材料所包括的组成和组织结构范围宽阔,难以轻易地说明其特征,尤其是耐火材料的组织结构还经常受到使用条件和使用期间变化的影响。通常耐火材料是由细粒的黏结料把粗颗粒熟料或难熔晶粒的颗粒黏结在一起而构成的。黏结材料和难熔晶粒都具有细粒结构,并且常常都是多相体。不同工厂用不同的原材料生产的砖有许多差别。

1.黏土耐火材料

黏土耐火材料的最大一类是以塑性耐火黏土、硬质黏士和耐火黏土熟料的混合物为基础的。大量的耐火砖为了提高氧化铝含量也加人硅线石、蓝晶石、黄玉、硬水铝石或铁矾土。所有这些材料加热时都有形成莫来石的趋向。另外,石英在塑性耐火黏土中经常以杂质形式出现,有时候加人石英以减少烧结收缩和干燥收缩。熟料(预烧黏土)或硬质黏士颗粒以及塑性耐火黏士黏结物的微细结构用光学显微镜是难于分辨的,但这种微细结构是由硅质基体中细小的莫来石晶体组成的。出现的碱金属、碱土金属、土铁和类似的杂质大部分都和硅质基体化合后形成低熔点玻璃体,因而降低耐火砖的耐火度。

优质粘土砖

优质粘土砖

耐火砖的织构(即熟料或硬质黏土颗粒与黏土黏结材料和气孔率的关系)对于获得优良性能很重要。耐火度低的塑性黏士含量大时会降低耐火砖的耐火度。通常,粗的熟料颗粒形成的黏结颗粒的联结体中有许多裂纹,同时也有孔洞出现。这些孔洞能起到防止裂缝或裂纹扩展的作用,并且有助于阻止剥落(由于温度应力或机械应力使耐火砖裂成碎片而脱落),即使表面微裂纹或裂缝比在致密结构中更容易形成。

2.硅质耐火材料

硅砖在高温下具有高承载能力,因而已被广泛用做平炉玻璃池炉、窑和炼焦炉的拱式炉顶。硅砖是由含大约98% Si02的磨细的结晶硅岩(石英岩)加上约2% Ca0 的石灰乳制成的。外加的石灰在烧成期间起着矿化剂的作用。烧成的硅砖由破碎的石英晶粒组成,它们已几乎全部转变成方石英,并分散在细晶粒的鳞石英、方石英和玻璃体的基质中。少量未转变的石英(约10%)通常和已形成的几乎等量的方石英和鳞石英一起保留下来。过量的石英(过去有一个时期在硅砖中经常出现)是有害的,因为在 573°α转变为阝型时有大的体积变化。

长烧成时间通常有利于鳞石英的形成。原来存在的石英转变成方石英,转变是由晶粒边缘开始的。方石英溶解于硅酸钙液相而淀析成鳞石英。在烧成期间,存在的石英的数量不断减少,方石英的数量开始时增加而后又减少,鳞石英的数量则不断增加。

硅质耐火材料

3.碱性耐火材料

碱性耐火材料是指以氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)或氧化镁和氧化钙为主要成分的耐火材料。主要用于碱性炼钢炉、有色金属冶炼炉、玻璃和水泥工业用窑炉及其他热工设备。

碱性耐火材料的品种很多,按化学矿物组成可分为镁质、镁尖晶石质、白云石质、橄榄石质、石灰石质等。若按其他方法分类,可分为烧成碱性耐火制品和不烧碱性耐火制品及烧成油浸碱性制品等。不烧碱性制品是指焦油结合制品,品种有沥青结合镁砖、白云石砖和镁白云石砖等、烧成油浸碱性制品是指烧成制品经过沥青浸渍,品种有油浸镁白云石砖、镁砖、白云石砖和石灰砖等。

碱性耐火材料的耐火度高,抗碱性渣和铁渣能力强,热膨胀率较大,热震稳定性一般较差,抗水化性较差,在常温下蒸气压较低,在高温减压工作时,耐火材料因挥发而损耗,挥发速度与耐火材料的蒸气压成正比,气相的相对分子质量越大,挥发量越大。碱性耐火材料在常温下是电的不良导体,随温度的提高,电阻率减小,导电性增强。


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