耐火澆注料施工方便、使用環(huán)保且性價(jià)比高,在冶金、石油、玻璃、水泥等高溫工業(yè)中應(yīng)用廣泛。氣孔是澆注料基質(zhì)的重要組成部分,它有助于避免裂紋的瞬時(shí)擴(kuò)展,與澆注料的強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、抗熱震性、抗侵蝕性等性能緊密相關(guān)。為此,本文利用納米粒子對(duì)氣孔的填充和細(xì)化作用,在澆注料中形成亞微米/納米級(jí)氣孔,探究其對(duì)澆注料顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響機(jī)制。首先,本文以Al₂O₃-SiO₂凝膠粉為添加劑探究了溶膠粒子對(duì)超低水泥結(jié)合澆注料顯微結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究表明,澆注料的顯氣孔率隨著Al₂O₃-SiO₂凝膠粉的添加而逐漸升高;當(dāng)添加6%Al₂O₃-SiO₂凝膠粉時(shí),澆注料具有最高的力學(xué)強(qiáng)度、斷裂韌性以及優(yōu)良的抗熱震性,而高溫抗折強(qiáng)度則無(wú)明顯變化。在上述基礎(chǔ)上,引入了一種新型Al₂O₃-SiO₂凝膠粉,探究了其對(duì)澆注料氣孔結(jié)構(gòu)及性能的影響。研究表明,隨著熱處理... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

澆注料的XRD圖譜

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文55圖4.2經(jīng)1500℃熱處理后澆注料A、C和E的顯微形貌Fig.4.2MicrostructureofcastablesA,CandEfiredat1500°CAl2O3與SiO2間的固相燒結(jié)反應(yīng)是生成莫來(lái)石的常見(jiàn)方式之一，原料的種類、雜質(zhì)含量以及粒徑對(duì)莫來(lái)石的生成溫度、生成速率及形貌均有重要影響[87-90]。本章中的Al源為α-Al2O3，Si源為納米SiO2粉體。SiO2粉體為非晶態(tài)，粒徑為15nm，因此SiO2的活性高，原子間的擴(kuò)散距離減小，有利于提高Al2O3與SiO2間莫來(lái)石化的速率，降低莫來(lái)石的生成溫度。盡管納米SiO2粉體粒徑較小，活性很高，但α-Al2O3粒徑為微米級(jí)且是Al2O3中最穩(wěn)定的一種類型，通過(guò)固相反應(yīng)直接生成莫來(lái)石的速率較慢，故基質(zhì)中莫來(lái)石的形成機(jī)制符合二維形核機(jī)制[91-92]。即納米SiO2與α-Al2O3通過(guò)固相反應(yīng)生成了少量初始莫來(lái)石，在原料中的Na2O和K2O等堿金屬氧化物的影響下，未反應(yīng)的納米SiO2在高溫下以富硅液相的形式存在于基質(zhì)中，這些富硅液相能進(jìn)一步擴(kuò)散并填充到初始莫來(lái)石與Al2O3顆粒間的空隙中，增加SiO2與α-Al2O3間的接觸面積，從而形成二次莫來(lái)石。由于初始莫來(lái)石與二次莫來(lái)石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，二次莫來(lái)石將以異質(zhì)形核的方式在初始莫來(lái)石的生長(zhǎng)層或缺陷處形核，同時(shí)新形成的生長(zhǎng)層將為莫來(lái)石的形成和生長(zhǎng)提供理想場(chǎng)所，故二次莫來(lái)石沿著初始莫來(lái)石一層接一層生長(zhǎng)直到所有層均被覆蓋，導(dǎo)致莫來(lái)石的粗化，最終形成了柱狀莫

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文57圖4.3所示為經(jīng)110°C×24h烘干后澆注料的孔徑分布與氣孔體積中位徑。當(dāng)不添加納米SiO2時(shí)，澆注料的孔徑分布呈現(xiàn)為雙峰分布，其氣孔孔徑主要分布在1μm和8μm之間（圖4.3（a））；添加1%納米SiO2的澆注料的氣孔孔徑則主要分布在500nm和8μm之間；當(dāng)納米SiO2添加量為2%時(shí)，孔徑分布曲線呈現(xiàn)為多峰分布，澆注料中不僅存在大量納米孔(孔徑約15nm)，還存在較多微米孔(孔徑在2μm至5μm之間)。此外，當(dāng)澆注料中納米SiO2含量逐漸增加時(shí)，較小孔徑峰值對(duì)應(yīng)的孔徑從約1μm減小到500nm最后達(dá)到15nm，而較大孔徑峰值對(duì)應(yīng)的孔徑降低不多，僅由8μm減少到2-5μm。納米SiO2在常溫下的填充機(jī)制在于其會(huì)優(yōu)先填充到澆注料基質(zhì)中的微小氣孔中（如圖4.3（a）較小孔徑峰值對(duì)應(yīng)的氣孔），細(xì)化孔徑；而對(duì)骨料間堆積形成的孔徑較大的氣孔的填充則取決于其含量的高低，當(dāng)其添加量較高時(shí)，澆注料基質(zhì)中的微小氣孔以及骨料間的較大氣孔均能得到有效的填充。因此，納米SiO2在常溫下有助于細(xì)化微小氣孔，也能填充一部分較大的氣孔，從而減小樣品的孔徑。圖4.3（b）中澆注料的氣孔體積中位徑由1.2μm減小到230nm進(jìn)一步表明納米SiO2在低溫下具有填充和細(xì)化氣孔的作用。圖4.3經(jīng)110°C烘干后澆注料的孔徑分布與氣孔體積中位徑Fig.4.3Poresizedistributionandporemediandiameterofcastablesdriedat110°C由圖4.4（a）可得，經(jīng)1100°C熱處理后，不添加納米SiO2的澆注料氣孔孔徑分布在6-9μm之間，且峰值較高，表明澆注料中只存在大量孔徑在6-9μm間的氣孔；而添加2%納米SiO2的澆注料中既含有孔徑在5-6μm間的大氣孔，也含有孔徑在1-2μm間的微小氣孔。由圖4.4（b）可知，當(dāng)納米SiO2的添加量為2%時(shí)，澆注料的氣孔體積中?

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博士論文
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