粘土加入量对莫来石耐火材料性能的影响

第1页共15页粘土加入量对莫来石耐火材料性能的影响摘要粘土按可塑性分为硬质粘土和软质粘土。本实验主要考察在1500℃烧成的超低温坯体中粘土的选择和配比。研究了黏土含量对莫来石复合材料坯体塑性及砖的烧结、烧失量、线收缩和抗压强度的影响规律及其机理。试验表明：添加黏土10％时，石英砂烧结砖的性价比最高。关键词：莫来石，烧结，粘土，抗压强度目录摘要..............................................................................................10绪论............................................................................................21实验...........................................................................................21.1实验目的..............................错误!未定义书签。1.2实验原料和仪器.............................................31.3实验方案..............................错误!未定义书签。1.4实验步骤...................................................4第2页共15页1.5性能检测..............................错误!未定义书签。1.5.1高度的测定............................错误!未定义书签。1.5.2干重、湿重、悬浮重及体密度测量............................................................71.5.3直径及抗压负荷测定............................................82结果处理及分析............................................................................92.1线变化率的分析..............................................92.2显气孔率分析............................错误!未定义书签。2.3抗压强度分析............................错误!未定义书签。3结论...........................................................错误!未定义书签。4参考文献...............................................................................................................................155致谢.........................................................................................150.绪论莫来石为硅铝酸盐矿物，1924年最早发现于苏格兰的Mull岛而得名[1].莫来石是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，这一类矿物比较稀少。莫来石是铝硅酸盐在高温下生成的矿物，人工加热铝硅酸盐时会形成莫来石。天然的莫来石晶体长的针状且呈放射簇状。莫来石矿常用来生产高温耐火材料。莫来石还具有电绝缘性好、介电系数低等优点，因此莫来石陶瓷不仅可以用作工程材料和高级耐火材料，还可作为功能材料[2]。而粘土作为一种常用添加剂，具有良好的塑性，对材料的成型有极大帮助，随着粘土含量在原料中的配料比例不同，会直接导致复合材料的性能的不同。第3页共15页实验以莫来石为骨料，以粘土，聚乙烯醇、水作为结合剂制成样品，通过控制粘土配料不同来研究其对莫来石复合材料性能的影响。1.实验1.1实验目的通过本次实验过程主要达到以下目的1.熟悉无机非金属材料原料粉体的制备过程，能够根据性能和用途要求进行成分设计和配方计算，确定制品组成。2.掌握压力成型的成型基本原理及成型工艺过程，了解不同成型方法的优缺点及适用范围。3.正确操作搅拌机等实验设备；了解不同成型方法采用的设备原理及使用方法；正确使用高温烧结炉。4.熟悉烧结工艺过程，能够正确制定烧结制度，以及对烧结制品进行性能测试。5.掌握吸水率，表面气孔率，实际密度，线变化率和抗压强度的概念、测定原理和测定方法，并了解它们和材料的理化性能的关系。6.锻炼记录实验数据，分析总结实验结果的能力。7.掌握课程设计论文的一般要求，并完成一篇论文。1.2实验原料和仪器本次实验采用的主要原料有：（1）骨料：合成莫来石（2）细粉：粘土（3）结合剂：聚乙烯醇、水本次实验采用的主要仪器有：第4页共15页电子天平：主要用于称量原料。JJ-5型行星式胶砂搅拌机：主要用于均匀混料，使各原料混合均匀。JJ-2型油压机：主要用于压制均匀密实型圆柱体试样。DZF-6021型真空干燥箱、101型电热鼓风干燥箱：主要用于试样的烘干。Xcsl-16-12y型重烧试验炉：主要用于莫来石质耐火材料在1500℃的烧结。TYE-300B型压力试验机：主要用于试样烧结后耐压强度的测定。1.3实验方案本次试验选取三组不同配料比例的莫来石复合材料，烧成温度均为1500℃，每组2个试样，一共6个试样。表1.配料方案组别莫来石粘土聚乙烯醇水1-3mm（粗颗粒）0.5-1mm（中颗粒）0-0.5mm（中颗粒）325目细粉A4010103551.5适量B40101030101.5适量C40101025151.5适量1.4实验步骤根据预先设计好的物料配方（如表1），分别配置A,B,C组的试样。准备称取2公斤总料。预制六块试样分别编为（1、2、3、4、5、6），其中选取1至3号做为实验样品，剩余4至6号备用。接下来制备顺序依次如下：○1混料。先把莫来石粗颗粒和中颗粒混合在一起，在胶砂搅拌仪中混合，搅拌2min左右停机再加入莫来石细粉；一段时间后停机加入聚乙烯醇，再加入粘土，先用手预混，再开机混合。第5页共15页○2困料图1.JJ-5型行星式胶砂搅拌机○3取出混合料备用。○4压力成型：制订试样压制压力级别，定为15MPa。经计算每个试样加入混合料90g，样品规格为直径r=36mm，高度h=36mm；根据所需的压制工艺，装好上、下压模板，校正好上、下模板平行度，同轴度等；旋紧主体油缸上止回阀的放油螺钉和油泵上的回油螺钉，即可使用上下往复旋动压力手柄，推动油泵活塞下移，当压模与制样物接触就产生压力，且随着不断旋转手柄，压力不断增加，观察加力表，当达到所需压力15MPa时，就停止旋动；卸载时，将主体油缸上止回阀螺钉和油泵上的放油螺钉拧松，油回泵活塞就回程；脱模时取出模具倒置，放置好脱模器，如上操作仪器，使陶瓷坯体脱模并保持完整，共压制12个完整样品。○5自然干燥，烘箱干燥○6坯体烧结：在放入烧结炉前，对样品尺寸进行测量，对于圆柱状坯体，尺寸上需要测定的有：试样高度h，试样的直径R；记录这些数据以备在烧结后测第6页共15页定材料的烧结收缩；将制好的坯体放在承烧板上，各个样品不相互接触，承烧板要求表面洁净，放样品的面光滑平整，在预定烧结温度下，本身不和样品发生任何物理和化学反应[3]。将试样有顺序的放入炉中，记录好各自的位置；关好炉门，对烧结炉进行程序设计。降温时采用自然降温。200℃是可以打开炉门空冷。温度升温制度如下表2所示：表2.升温制度10℃/mim5℃/mim5℃/mim1℃/mim室温110℃200℃1000℃1500°×6h1.5性能检测·1.5.1高度的测定试样制备成型后，阴干，凉至一天时间，进行试样先进行高度大小测量。测量结果如下表2所示。当经过充分冷却至室温后，取出试样，先检查试样有没有明显的伤缺或是坏裂，若是试样没有明显伤痕，就进行烧后高度测量。否则要进行重新烧制。测量结果如下表3所示：表3.烧成前后高度成型后生坯高度Hmm烧成后高度HmmA组3635.93635.6B组35.535.2636.635.29C组3635.1第7页共15页36.535.06·1.5.2干重、湿重、悬浮重及体密度测量将试样按编号顺序，放入105—110C°干燥烘箱烘至恒重，在干燥器中冷却至室温，然后在电子天平上称其重量m1将试样放入抽真空装置中作真空处理：先将试样在真空度不小于95%的条件下保持10分钟；注入液体，直至试样完全被淹没；再抽真空，直至试样中没有气泡出来为止（约需30分钟）；先放入空气，再关闭真空泵；打开真空干燥器的盖，取出试样。在天平上架好支架、吊篮及液体槽，注意吊篮不要与液体槽相接触，液体要完全淹没试样。试样进入吊篮前，天平要进行调零；试样进入吊篮后，天平给出的重量就是饱吸液体的试样在液体中的重量m2④从液体中取出试样，用湿毛巾均匀地抹去试样表面的液体，在天平上迅速称取饱吸液体试样在空气中的重量m3测量结果，如下表4所示：表4.干重，悬浮重及湿重及体密度干重m1g悬浮重m2g湿重m3g体密Dg/cm3A组85.695491.662.27535847185.5853.9390.992.309228278B组82.451.7587.312.30174353281.8548.9488.612.077136375C组89.3557.0594.162.40770681889.256.793.562.419967444第8页共15页·1.5.3直径及抗压负荷测定常温耐压强度指的是常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力，若超过此值，材料被破坏。材料单轴受压至破坏时的最大压应力值称单轴抗压强度，简称抗压强度，以R表示。材料单轴抗压强度的测定，一般是采用直接压坏标准试件的方法。计算公式如下：APR式中：R—试样的常温耐压强度，MPa；A—试样受压总面积，mm2；P—压碎试样所需的极限压力，由于线膨胀率测定而变湿的试样，先进行120°下烘烤6h，后凉至室温，再进行直径和抗压强度测定工作[4]。结果如下表5图2.TYE-300B型压力试验机表5.直径及载荷强度直径Rmm载荷FKNA组36.8516.4536.9115.65B组36.9722.98第9页共15页37.0221.59C组36.8917.6436.9318.592结果处理及分析2.1线变化率的分析粘土或坯料干燥过程中线性尺寸的变化与原始试样长度之比值称为干燥线收缩率；烧成过程中线性尺寸变化与干燥试样长度之比值称为烧成线收缩率。坯体总的线性尺寸变化与原始试样长度之比值称为总线收缩率。一般采用卡尺或工具显微镜进行度量和测定。测定试样经热处理后的线变化率，计算公式如下：100(%)00LLL式中：L—试样经热处理后的长度，mm；L0—试样热处理前的长度，mm。计算结果如下表：表6.线变化率及平均线变化率表示线变化%A组-0.27777778-1.11111111第10页共15页B组-0.67605634-3.57923497C组-2.5-3.94520548分析：如下图3所示，线膨胀率3组均符合实际材料在高温下热收缩的特性，而且A组三个试样膨胀率相对变化浮动较小，C组变化浮动则相对较大，B组最大。B组粘土细分较A组多5%，C组亦然，总之A组产生的在高温下线变化较低，有利于高温环境下使用[5]。-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50A组B组C组样1样2图3.热收缩柱状图2.2显气孔率分析气孔率是耐火制品所含气孔体积与制品总体积的百分比。气孔可分为三类：一第11页共15页侧封闭另一侧和外界相通的称为开口气孔，封闭住试样中不与外界相通的称为闭口气孔，穿通试样几面的称