PDF《蓝晶石基莫来石的开发与应用》

4 南阳市开元高温新材料有限公司 南阳市开元蓝晶石矿业有限公司 Email:sheqikaiyuan@163.com KBM45 KBM50 膨胀率/% 1.2 蓝晶石基莫来石原料的合成 蓝晶石基莫来石(Kyanite-Based Mullite),以下简称KBM,是国内近几年开发的一种低铝含量的新型 合 成莫来石原料,它以蓝晶石矿为起始原料,加入添加剂后,经湿磨、压滤、真空挤泥成型,最后在 1550?1600 ℃下煅烧制得. 鉴于我国高品位蓝晶石矿的储量极少, 该工作主要使用了不达标 (冶标 YB/T 4032-2010) 的低中品位蓝晶石矿. 根据合成蓝晶石基莫来石 Al2O3 含量的不同 (从45%?60%) , 可将其 分为KBM

45、KBM

50、KBM

55、KBM60 等牌号,本文中,主要介绍了前两种常用的蓝晶石基莫来石的 合成、性能及应用,后两种仅列出部分物理性能作对比. 合成KBM45和KBM50采用的基础原料是Al2O3含量在45% (w) 左右的低品位蓝晶石矿, 对KBM50则添加有少量的工业氧化铝来调配其成分, 合成温度分别为1550和1600 ℃. 而合成KBM55和KBM60则用 Al2O3 含量为50%(w)左右的中品位蓝晶石矿作起始原料,并加入不同量的工业氧化铝来调节其Al2O3含量, 辅以不 同的复合助烧结剂,合成温度为1600 ℃.合成的四种蓝晶石基莫来石原料的部分物理性能如表1所示. 从表中可看出,各原料显气孔率均较低,说明在各自合成温度下都完成了致密烧结,体积密度和荷重 软化温度则随着Al2O3含量的增加而递增.其中,当蓝晶石基莫来石原料Al2O3含量在55%和60%(w)时, 合 成料的体积密度分别达到2.48和2.52 g・cm-3 ,荷重软化温度(T0.6)达到1600 ℃以上. 相对而言, Al2O3含量 较 低的KBM45和KBM50试样荷重软化温度较低,这是因为它们的玻璃相含量相对较高.而试样KBM60的显气孔率较高,这是由于其Al2O3含量高,莫来石化的量大,产生的膨胀亦大,不易烧结所致. 表1 各蓝晶石基莫来石原料的物理性能 检测指标 体积密度/(g・cm-3 ) 显气孔率/% 荷重软化开始温度/℃ KBM45 2.09 0.7

1410 KBM50 2.28 0.9

1494 KBM55 2.48 0.8

1600 KBM60 2.52 2.5

1620 1.3 蓝晶石基莫来石在不同温度下的物相变化图1为KBM45和KBM50试样烧前的热膨胀分析曲线. 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

0 200

400 600

800 1000

1200 1400 温度/℃ 图1 KBM45 和KBM50 试样烧前的热膨胀性 从图1可以看到,二者膨胀规律基本一致.900 ℃之前主要是蓝晶石的物理膨胀,之后随着温度继续 升高,试样逐渐进入烧结阶段,开始出现收缩,而后当温度持续升高时试样中开始莫来石化反应,伴随的膨 胀效应逐渐显现,收缩趋势放缓,1000 ℃之后,莫来石化反应逐渐加剧,所产生的膨胀效应开始起主导 作用,抵消收缩.此外,试样KBM45的膨胀率低于KBM50,且在900 ℃后,KBM45的膨胀率降低也更

5 南阳市开元高温新材料有限公司 南阳市开元蓝晶石矿业有限公司 Email:sheqikaiyuan@163.com 为明显,这应该是由于KBM45含有较高的玻璃相,促进了烧结,致使收缩较大.但是,它们总的体积效应呈 膨胀趋势. 试样KBM45和KBM50在不同温度下物相组成的变化分别示于图2和图3.从图可以看出,当KBM45和KBM50试样的煅烧温度分别在1400和1500℃时,试样的XRD衍射图中只有莫来石峰,未见其他物相、说 明它们在此温度下均已完成莫来石化反应. 当Al2O3含量增大时, 莫来石化的量增加, 反应所需时间延长、温 度提高. 1.4 蓝晶石基莫来石的显微结构 烧后试样KBM45的显微结构照片如图4所示. 从图中可看出试样经1500 ℃烧后, 莫来石晶体发育良好, 大 多呈长柱状,晶体长度为10~15 ?m,成交叉网络结构,晶体表面圆润,裹有高黏度的玻璃相. (a)*500 (b)*2000 图4 试样KBM45 经1500 ℃烧后的SEM 照片 在1550和1600 ℃烧后试样KBM50的显微结构照片如图5和图6所示.从图5可以看出,1500 ℃烧后, 材料中可见大量长条状莫来石晶体,成网络结构,但莫来石晶体的长度和直径均较小,发育不全.由此判断 ,尚需增加保温时间或者提高烧成温度以确保莫来石晶体的继续发育长大.