骨料组成对莫来石耐火材料性能的影响摘要利用莫来石做为骨料、粘土做为结合剂、聚乙烯醇做为外加剂制备试样。 变化骨料莫来石粒度为l-Eim粗颗粒和0-0. 5mm p颗粒的所占配料比例，经 过测定试样线变化、体密度、气孔率和抗压强度，来侧重探究骨料组成对莫 来石耐火材料性能的影响，以及找出性能相对较好的配料组成。关键词：莫来石，配料组成，骨料目录1前言32实验部分42. 1实验原料42.2制备试样52.3试样测量62. 3. 1高度测定62. 3. 2干重、湿重、悬浮重及体密度测量62.3.3直径及抗压负荷测定 72.4仪器设备83结果处理及分析93.1线膨胀率分析93. 2显气孔率分析103. 3抗压强度分析114结论13参考文献：14致 谢：151前言莫来石为硅铝酸盐矿物，1924年最早发现于苏格兰的Mull岛而得名巴 尽管地壳上铝、硅和氧元素很丰富，但是自然存在的莫来石较少，除血11岛 外，我国在河北省武安县和河南省林县发现有莫来石，但迄今未见有工业价值 的矿床。莫来石为铝的铝氧酸盐矿物，也是SiO2-Al2O3体系在常压下唯一稳 定存在的晶态化合物(Si02-Al203相图示于图l)o图 1： Si()2-AI2O3 二元相图由于莫来石独特的结构，因此其强度、断裂韧性较高，热膨胀系数、热 导系数较小。它的强度和韧性随温度的升高不仅不会降低，反而会有所提高, 其13000C强度是室温强度的17倍，最近的研究显示高纯莫来石在有氧条件 下仍然具有良好的热稳定性且无多晶转变，莫来石加热到1800C以JL有微量实验莫來石原料l-3mm0. 5-1mm0-0.5mm粗颗粒中颗粒中颗粒人组35101513组401010表1:实验原料聚乙粘土烯醇325 H细粉细粉40101.540101. 5结合剂 外加剂液相生成，至1850C时莫來石完全熔融，莫來石具有耐高温、抗氧化、蠕变 率低、荷重软化温度高，优异的抗酸碱腐蚀性。莫來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实验部分2.1实验原料本次实验为了测定莫来石骨料组成对耐火材料砖的影响，所以我们选用莫来石做为这次实验的骨料，同分为l-3mm 0. 5-lmm 0-0. 5mm四种不同的粒度大小，以及结合剂粘土粉料，添加少量外加剂聚乙烯醇等。具体原料表 述为如下表lo骨料2.2制备试样根据表1,将确定两个配方（A组13组），具体成分组成据表1。准备称 取2公斤总料。每组预制六块试样分别编为（1、2、3、4、5、6）,其中选取 1至3号做为实验样站，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。%1 取出混合料备用。%1 压力成型：制订试样压制压力级别，定为15MPa0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T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，肖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吋，就停止旋动；卸载 吋，将主体油缸上止回阀螺钉和油泵丄的放油螺钉拧松，油回泵活塞就回程； 脱模时取出模具倒置，放置好脱模器，如丄操作仪器，使陶瓷坯体脱模并保 持完整，共压制12个完整样品。%1 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，尺寸丄需要测定的有：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，放样品的而光滑平整，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。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。降温吋采用自然降温o200C 是可以打开炉门空冷。温度升温制度如下图2所示：10C/mim5C/mim5C/mim1 C/mim室温110C= 200C 1000C 1450 X6h图2：升温过程2.3试样测量2.3.1高度测定%1 试样制备成型后，阴干，凉至一天吋间，进行试样先进行高度大小测 量。测量结果如下表2所示。%1 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2所示：成型后生坯高度烧成后高度H mmH mm35.935. 343635.67A组3635. 6336. 135. 4236.836. 58B组3736. 75表2：试样烧前、后高度2.3.2干重、湿重、悬浮重及体密度测量 此次测量所需试样两个。测量步骤：%1 将试样按编号顺序，放入105-110 C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叫%1 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，取岀试样。%1 在天平丄架好支架、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, 天平给岀的重量就是饱吸液体的试样在液体小的重量ni2%1 从液体中取岀试样，用湿毛巾均匀地抹去试样表而的液体，在天平上 迅速称取饱吸液体试样在空气小的重量m3测量结果，如下表3所示：干重Hbg悬浮重m2g湿重m3g体密Dg/cm384. 153. 5291.242.2295864263A组84.4553. 7191. 332.244816586982. 2752. 3890. 242. 1730058109B组81. 7851.8389.952. 1453305352表3：三种重量及体密度2.3.3直径及抗压负荷测定将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，再进行直径和抗斥强度测定工作。结果如下表4：直径R载荷FmmKN37.215.81A组37. 1812.0137. 1524. 36B组37.0823. 47表4：肓径和抗压负荷测定数据说明：以上数据仅是实验测得的数据。在下而的部分即将进行数据计算 和处理。2.4仪器设备%1 电子天平%1 JJ-5型行星式胶砂搅拌机%1 JJ-2型油压机%1 Xcsl-16-12y型重烧试验炉%1 堆圳钳石棉手套DZF-6021型真空干燥箱%1 101型电热鼓风干燥箱%1 TYE-300B型压力试验机%1 游标卡尺（精确度0. 02mm）:%1 试样床制切制模具、划线工具，3结果处理及分析3.1线膨胀率分析由上表2的烧前烧后的高度变化量，可以计算得岀其A、B两组试样的线膨胀率，计算结果如下表5：线变化平均-1. 5598885794-0.91666666667A组-1. 0277777778-1.1681110079-1.8836565097-0.59782608696B组-0.67567567568-1.0523860908表5：线变化率及平均线变化率表示分析：如下图3所示，线膨胀率两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，B组变化浮动则相对较 大，但是总体来说B组的平均线膨胀率较A组小，因此对于线变化来讲：B 组更符合实际使用环境，使用性能较高。即B组1-3mni粗骨料较A组多5%, 0-0. 5mm粒度骨料较A组少5%,产生的在高温下线变化较低，有利于高温环线变化%平均图：3：线变化率及平均线变化率图示3. 2显气孔率分析显气孔率(apparent porosity)计算公式：p(%)= -_Lxioom3 _ m2式中：卩表示显气孔率；叫表示为干重；rib表示为悬浮重；叫表示为饱和重。依据表3中所列数据可按照丄而两个公式计算的显气孔率及其均值大小。其结果列于下表6中。表6:显气孔率及均值18.928950159A组18.28814460418.608547381521.051241416B组21.43231899321.2417802045气孔率%均值%分析：很显然A组气孔率比B组小，A组密度比B组大。即A组所含中 等颗粒0-0. 5%mm大小的成分多于B组5%, 1-3mm组颗粒少于B组5%。原因 在于烧成时A组生成液相较多，冷却后气孔率则就较小，密度就较大，fl B 组粗大骨料较多，在烧成时液相较少，气孔较多，密度则就较小。数据生成 图表如下图4：H气孔率%均值些图4：气孔率柱形图3.3抗压强度分析抗压强度：在常温下试样受外应力挤压作用，试样在破坏吋的极限压应力大小。计算公式如下:抗压强度：= A式中P：破坏试样的最大载荷KNA：受压面积mm2R：试样直径mm由上表4小直径和受力载荷数据计算的出抗压强及其均值，结果列在表7中。表7：抗压强度及均值列表抗压强度Mpa.均值Mpa14.544533651A 组11.06058371412.802558683抗压强度Mpa均值Mpa22.470537367B 组21.73138716722.100962267分析：很明显，依据表7所列数据，B组抗压强度明显高于A组很多， 说明B组力学强度明显好于A组。原因在于A组虽然密度大，气孔率小，但 是烧成结合结构没有B组好，由于B组粗颗粒多于A组5%,而粗颗粒是试样 的骨架，是主要承载受力的中要成分，加上合理的细料做为结合剂，使得B 组烧成结构合理。两组抗床强度示意图如下5：耐压强度壯85Mpa4结论本次实验的戸的是通过烧结实验，改变骨料组成来探究：骨料组成对莫 来石耐火材料性能的影响。经过分为两组不同配方的试样测试，比较，得出 以下儿条结论：%1 细骨料较多的制品密度较大，气孔率较低，抗压强度明显较低；%1 粗骨料较多的制品密度较小，气孔率较高，抗压强度明显较高；%1 对于两组制品的优劣性：较好的是粗骨料较多的组成（B组），但是没 有绝对性，耍视使用环境来选择适合的组成制品。%1 实验过程中的各种影响因素会导致实验结果会偏离实际情况，因此必 须严格控制实验过程及变量，苛求实验结果准确完整。参考文献:1 Schne