高铝砖高温弯曲应力_应变关系_徐恩霞 - 副本
陶瓷应力应变曲线
陶瓷应力应变曲线
陶瓷应力应变曲线是描述陶瓷材料在外力作用下的应变与应力之间关系的曲线。
通常情况下，陶瓷材料在受到外力作用时，会发生一定程度的形变，同时也会产生一定的应力。
这个过程中，应变和应力之间的关系是非常重要的，因为它可以帮助我们了解陶瓷材料的力学性质和行为。
陶瓷应力应变曲线通常呈现出非线性的特点，这是由于陶瓷材料的晶体结构和力学性质所决定的。
在应力应变曲线中，通常会出现一些特殊的点，比如屈服点、断裂点等等，这些点对于陶瓷材料的设计和应用都非常重要。
在实际应用中，我们可以通过测量陶瓷材料的应变和应力来确定其应力应变曲线。
这种测量方法通常使用应变计、压力传感器等仪器来实现。
同时，也可以通过实验室测试来获得陶瓷材料的应力应变曲线数据。
第8章 金属高温下的变形与断裂
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典型的蠕变曲线
金属蠕变过程用蠕变曲线来描述。 金属蠕变过程用蠕变曲线来描述。典型的蠕变曲线如图。 （1）Oa线段：是试样在t 温度下承受恒定拉应力σ时所产 线段： 线段 生的起始伸长率δq。 若应力超过金属在该温度下的屈服强度，则δq包括弹性伸长 弹性伸长 塑性伸长率两部分。 率和塑性伸长率 塑性伸长率 此应变还不算蠕变 应变还不算蠕变，而是由外载荷引起的一般变形过程。 应变还不算蠕变
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(二)扩散蠕变
(二)扩散蠕变 扩散蠕变： 扩散蠕变：是在较高温度(约比温度(T／Tm)远超过0.5)下的 ( 一种蠕变变形机理。 它是在高温下大量原子和空位定向移动造成的 高温下大量原子和空位定向移动造成的。 高温下大量原子和空位定向移动造成的 在不受外力情况下，原子和空位的移动无方向性，因而宏观 上不显示塑性变形。 但当受拉应力σ作用时，在多晶体内产生不均匀的应力场 产生不均匀的应力场。 产生不均匀的应力场
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刃位错攀移克服障碍的几种模型： 刃位错攀移克服障碍的几种模型： 可见，塞积在某种障碍前的位错通过热激活可以在新的滑移 面上运动（a），或与异号位错相遇而对消（b），或形成亚 晶界（c），或被晶界所吸收（d）。
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当塞积群中某一个位错被激活而发生攀移时，位错源便可能 再次开动而放出一个位错，从而形成动态回复过程 动态回复过程。 动态回复过程 这一过程不断进行，蠕变得以不断发展。
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本章介绍内容： 本章介绍内容： 阐述金属材料在高温长时载荷作用下的蠕变现象 蠕变现象。 蠕变现象 讨论蠕变变形和断裂的机理 蠕变变形和断裂的机理。 蠕变变形和断裂的机理 介绍高温力学性能指标及影响因素。 为正确选用高温金属材料和合理制定其热处理工艺提供基础 知识。
添加白云石高铝耐火浇注料的物相演变和高温变形
添加白云石高铝耐火浇注料的物相演变和高温变形摘要：耐火浇注料在室温和高温下的力学性能是选择其工作环境和结构设计必不可少的参数。
通过添加白云石来选择在Al2O3–MgO–CaO三元相图的高铝区中含有4种尖晶石的基质成分。
并在1000到1400℃的温度区域对这些基质的蠕变行为进行研究。
从而得出材料微观组织之间的相演化与温度引起的蠕变行为之间的关系。
关键词：耐火浇注料；尖晶石；蠕变1介绍钢包衬浇注料的发展促进了不定型耐火材料在钢铁领域的需求量迅猛发展。
浇注料成分中加入尖晶石提高其抗渣侵蚀性。
氧化铝-尖晶石浇注料已经应用到钢包耐火材料当中，与传统产品相比耐久性得到重大改善。
同时人们对在高铝质浇注料中加入氧化镁（死烧氧化镁）形成尖晶石也已经引起强烈的关注。
但是到目前为止，高铝浇注料中添加白云石的研究在文献中还鲜有报道。
现在也缺乏一些关于耐火浇注料蠕变性能的信息，由于他们的化学和矿物复杂性。
然而蠕变实验是耐火基质工程中非常重要的工具。
它反映了应用开发的耐火结构材料的动态特性。
目前的研究工作的目的是探讨在1100到1400℃温度范围内添加白云石对高铝质浇注料基质的高温变形（蠕变）的影响。
如今对于给定材料,其显微结构和温度引起相变的研究已经展开。
2实验过程该实验设计了以板状刚玉（T-60）、白刚玉、电熔刚玉（CT9SG和CL370C）、白玉石和铝酸盐水泥（CA270）四种浇注料组分。
在1650℃高温处理后的组分中，尖晶石的含量分别为5%、10%、15%、20%。
考虑到浇注料基质组分中小颗粒尺寸是影响其高温变形的主要原因，因此其颗粒尺寸应小于125μm，为了分析基质在这些材料蠕变行为中的作用,将总的混合料筛分,得到小于125μm的细粉。
考虑到所选原料的百分比和化学组成，可以利用一种微波分析来计算给定的颗粒（<125μm）的理论化学组成和总的浇注料的粒度曲线（基于安德森方程式）。
图1示出了Al2O3-MgO-CaO三元相图中,基质和浇注料组成在白云石-氧化铝直线上的位置。
耐温耐酸砖在高温窑炉内的应力变化研究
耐温耐酸砖在高温窑炉内的应力变化研究在高温窑炉内，耐温耐酸砖扮演着至关重要的角色。
窑炉内部温度极高，酸性和碱性化学物质不断产生，对炉墙材料提出了严苛的要求。
耐温耐酸砖作为一种高性能耐火材料，具有卓越的耐高温和抗酸腐蚀性能。
1. 引言高温窑炉是许多工业生产过程中的重要设备，如冶金、化工、建材等行业。
这些窑炉内的温度往往在1000摄氏度以上，并且同时会生成酸性气体或液体，对窑炉内部材料造成极大的损害。
因此，优质的耐火材料是确保窑炉正常运行和延长使用寿命的关键因素之一。
2. 耐温耐酸砖的特性耐温耐酸砖是一种特种耐火材料，其主要成分为高硅质和高铝质材料的混合物。
它具有以下特性：2.1 耐高温性能耐温耐酸砖能够承受极高的温度，其主要依靠其独特的化学成分和微观结构。
材料中的高硅和高铝成分形成了稳定的晶体结构，能够在高温下维持其物理和化学性质。
此外，材料还具有低热导率和高热膨胀系数，使其能够耐受突然的温度变化和热应力。
2.2 抗酸性能窑炉内部酸性气体和液体的生成对耐火材料提出了极高的要求。
耐温耐酸砖以其高硅和高铝含量，在酸性环境中表现出出色的稳定性和耐腐蚀性。
其微观结构具有密实的晶界连接和低渗透性，能有效阻止酸性物质的侵蚀。
3. 耐温耐酸砖在高温窑炉内的应力变化研究耐温耐酸砖在高温窑炉内使用过程中，会受到多种应力的作用。
这些应力包括热应力、机械应力和化学应力，并且它们互相作用，导致砖材产生变形和开裂。
3.1 热应力高温窑炉内的温度变化会引起耐温耐酸砖的热膨胀和收缩。
由于砖材的热膨胀系数和窑炉内部材料的不同，会产生热应力。
砖材的热膨胀系数是砖材在温度升高时变化导致的长度增加与初始长度之比，它与砖材化学成分和微观结构有关。
3.2 机械应力窑炉内的物理和化学反应会导致砖材产生机械应力。
这些反应会引起体积的变化和结构的变形，进而导致砖材受到机械应力的作用。
此外，砖材在窑炉使用过程中还可能受到重力和机械装载的外界力的作用。
金属变形的应力-应变曲线
一. 金属变形的应力-应变曲线 （一）应力、应变 在外力作用下，材料将发生弹性变形、塑性变形直至断裂。
1.应力（或称工程应力）ζ＝0A P 2.应变（或称工程应变） ε＝00L L L 式中：P －载荷；A 0－试样的原始面积；L 0－试样的原始标距长度；L －变形后的长度弹性极限(ζe )：材料保持最大弹性变形的最大应力值。
屈服极限(ζS )：材料发生塑性变形的最小应力值。
条件屈服极限(ζ0.2)：残余应变量为0.2％时的应力值。
强度极限(ζb )：材料发生塑性变形的最大应力值。
断裂极限(ζK )：表示材料对塑性变性的极限抗力。
延伸率（δ）：表示残余总变形量△L K 鱼原始长度L 0之比。
断面收缩率（ψ）：表示试样横截面积A 0鱼断裂时的横截面积A K 之差鱼A 0之比。
ζe 、ζS 、ζb 、ζK 为强度指标，δ、ψ为塑性指标。
二.金属变性的三个阶段（一）弹性变形1.特点：弹性变形发生在低应力作用下，变形量较小，如图中oe 段。
e 应变应力σ 图10.1 低碳钢的应力、应变曲线（1）当σ＜σe时的变形为弹性变形。
（2）具有可逆性，外力去除后完全复原；（3）应力与应变呈直线关系，服从虎克定律。
ζ=Eεη＝Gυζ－正应力；ε－正应变；E－弹性模量η－切应力；υ－切应变；G－切变模量应力与应变间的比例常数称为弹性模量。
它表示材料抵抗应变的能力大小。
随着应变形式的不同，弹性模量也有不同的意义。
E为抵抗正应变的弹性模量，G为抵抗切应变的弹性模量，两者的关系为G ＝E／2(1+ν)，其中ν为泊松(Poisson)比。
G、E反映材料的“刚度”大小，是一个组织不敏感系数。
2.弹性变形的本质在应力的作用下，金属内部的晶格发生了弹性的伸长或歪扭，即键长或键角的轻微变化，原子离开其平衡位置但是位移远小于该方向上原子的间距，外力小于原子间作用力。
所以在外力去除后，其变形便可完全恢复。
弹性模量反映原子之间作用力的大小。
建筑材料工程标准规范GBT- 高铝质隔热耐火砖(一)
建筑材料工程标准规范GBT- 高铝质隔热耐
火砖(一)
GBT-高铝质隔热耐火砖，是一种耐火材料，其特别的优点，更好地满足了客户的需求。
为了保证该材料在现代建筑中的质量和性能，该材料在生产以及使用方面都需要依照相应的标准规范，下面我们从几个方面来讨论这个问题。
一，原材料的标准
高铝质隔热耐火砖是一种耐火材料，生产它使用的原材料都要符合相关标准。
因此，从选择原材料到生产过程的检测，均需合理严格。
原材料的选择要求应符合国家的相关标准，特别是对铝的含量、砖的粘结强度等方面的标准，也应该取决于砖的型号和用途。
二，成品的标准
成品经过生产、烧结、打磨等过程，需要遵循国家的标准规范对其品质进行严格的检测和评定。
在标准规范中，需要对砖的吸水率、抗压强度和耐冷热冲击性等进行测试和评估。
这是保证砖的性质和质量的重要措施。
三，使用的标准
在高铝质隔热耐火砖的使用方面也需要符合相应的标准规范。
如在特定的温度、环境等情况下，高铝质隔热耐火砖的使用效果需要经过相应的测试，以确保其满足特定的使用要求。
四，标准显著性
在建筑材料工程标准规范GBT-高铝质隔热耐火砖中，国家有出台相应
的法规，这已经从法律方面保障。
同时标准中也需要注明使用后的效
果和注意事项，以引导人们正确使用和维护。
总的来说，建筑材料工程标准规范GBT-高铝质隔热耐火砖对于高铝质
隔热耐火砖的生产、质量控制以及使用方面都起着重要的作用。
当然，对于高铝质隔热耐火砖的使用者，需要具有一定的维护和保养意识，
以保证其寿命和使用效果。
jmatpro铝合金应力应变曲线
jmatpro铝合金应力应变曲线
摘要：
1.介绍JMATPRO 铝合金
2.解释应力应变曲线
3.讨论JMATPRO 铝合金的应力应变曲线特点
4.结论
正文：
JMATPRO 铝合金是一种高强度、高韧性的铝合金材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子消费品等领域。
在工程应用中，了解材料的力学性能是非常重要的，其中应力应变曲线是评价材料力学性能的重要手段。
应力应变曲线，又称为应力- 应变曲线，是用来描述材料在受到外力作用下，应力与应变之间关系的曲线。
通常，应力应变曲线分为三个阶段：弹性阶段、屈服阶段和断裂阶段。
在弹性阶段，材料受到外力后可以恢复原状；在屈服阶段，材料开始发生塑性变形，即不能完全恢复原状；在断裂阶段，材料承受不住外力，发生断裂。
对于JMATPRO 铝合金，其应力应变曲线具有以下特点：
1.弹性模量高：JMATPRO 铝合金具有较高的弹性模量，这意味着在受到外力时，材料具有较好的抗变形能力。
2.屈服强度高：JMATPRO 铝合金的屈服强度较高，表示在材料开始发生塑性变形之前，可以承受较大的应力。
3.强度- 应变曲线陡峭：JMATPRO 铝合金的强度- 应变曲线较陡峭，
说明在接近断裂时，材料能承受的应力较小。
4.断裂强度高：JMATPRO 铝合金的断裂强度较高，表明在材料断裂时，可以承受较大的应力。
综上所述，JMATPRO 铝合金具有较好的力学性能，广泛应用于各种工程领域。
高铝质隔热耐火砖的碱金属侵蚀行为评估
高铝质隔热耐火砖的碱金属侵蚀行为评估隔热耐火砖在高温环境中扮演着重要的角色，而高铝质隔热耐火砖具有优异的耐高温性能，被广泛应用于冶金、玻璃、水泥等行业。
然而，在某些特定环境中，高铝质隔热耐火砖可能会受到碱金属的侵蚀，导致其性能衰减，甚至无法继续使用。
因此，对高铝质隔热耐火砖的碱金属侵蚀行为进行评估具有重要意义。
首先，我们需要了解高铝质隔热耐火砖的组成和碱金属的特性。
一般而言，高铝质隔热耐火砖主要由氧化铝、氧化硅以及其他氧化物组成。
这些氧化物具有良好的耐高温性能，但在碱性环境下容易发生反应。
碱金属是指具有碱性的金属元素，如钠、钾等。
这些金属在高温下与高铝质隔热耐火砖中的氧化物发生反应，形成易溶于水的化合物，从而引起砖材的侵蚀。
其次，我们需要评估高铝质隔热耐火砖的抗碱性能。
这可以通过实验室测试来完成。
一种常用的方法是采用碱侵蚀试验。
在这个试验中，高铝质隔热耐火砖样品将暴露在一定浓度的碱性溶液中，经过一定时间后，观察样品的外观和性能变化。
例如，可以通过测量样品的质量变化和表面形貌来评估其抗碱性能。
如果材料的质量损失较小且表面变化较少，则说明其抗碱性能较好。
此外，还可以利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）等技术来观察和分析高铝质隔热耐火砖样品表面的微观结构和元素组成。
通过观察样品的微观形貌和元素分布情况，可以了解到碱金属的侵蚀行为以及与高铝质隔热耐火砖材料的反应情况。
这些分析结果有助于我们深入理解高铝质隔热耐火砖的碱金属侵蚀机理。
另外，我们还可以通过实际应用中的案例研究来评估高铝质隔热耐火砖的碱金属侵蚀行为。
可以选择具有碱性环境的工业场所，收集现场使用高铝质隔热耐火砖的相关数据和情况。
通过对这些数据的分析，可以判断高铝质隔热耐火砖在不同环境下的表现，从而评估其抗碱性能是否满足需求。
最后，根据碱金属侵蚀行为评估的结果，我们可以根据不同情况采取相应的措施。
如果高铝质隔热耐火砖的抗碱性能较好，可以继续使用并监测其性能变化。
磷酸盐高铝砖理化指标
磷酸盐高铝砖理化指标
磷酸盐高铝砖是一种常见的耐火材料，通常用于高温工业炉窑的内衬。
它具有优异的耐火性能和化学稳定性。
磷酸盐高铝砖的理化指标包括抗压强度、耐火度、线变化率、热膨胀系数等。
首先，抗压强度是指材料在受力作用下抵抗破坏的能力，对于磷酸盐高铝砖来说，抗压强度通常需要在一定温度下达到一定的标准，以保证其在高温下的稳定性。
其次，耐火度是指材料在长时间高温下的稳定性，磷酸盐高铝砖的耐火度通常需要满足特定的标准，以确保其能够在高温环境下长时间使用而不发生破损。
线变化率是指材料在加热冷却过程中的尺寸变化情况，磷酸盐高铝砖的线变化率需要控制在一定范围内，以确保在高温下不会因尺寸变化而影响使用。
热膨胀系数是指材料在温度变化下的体积膨胀情况，磷酸盐高铝砖的热膨胀系数也是其重要的理化指标之一，需要满足特定的标准，以确保在高温下不会因体积膨胀而引起破坏。
总的来说，磷酸盐高铝砖的理化指标涉及到其在高温、高压等极端环境下的稳定性能，这些指标的合格与否直接影响着砖材料在工业生产中的使用效果和安全性。
因此，在生产和选用磷酸盐高铝砖时，理化指标的合格性是非常重要的。
高铝瓷组成、结构与力学性能随烧成温度的演变
第42卷第9期2023年9月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.9September,2023高铝瓷组成㊁结构与力学性能随烧成温度的演变袁志勇1,张学日1,李㊀凯2,许承铭1,吴佳莉1,廖仓冬1,郑㊀猛1,吴英豪1,阎法强1(1.芦溪高压电瓷电气研究院有限公司,萍乡㊀337200;2.中国建材检验认证集团淄博有限公司,淄博㊀255086)摘要:在配方和原料一定的情况下,高铝瓷的组成㊁结构与性能在很大程度上取决于烧成制度㊂本文系统研究了高铝瓷物相组成㊁微观结构和力学性能随烧成温度的变化,并分析了原因㊂结果表明,随着烧成温度从1160ħ升高到1310ħ,瓷件中发生熔解的刚玉和石英颗粒增加,内部刚玉相含量从37.85%(质量分数,下同)下降到35.02%,石英相含量从7.60%下降到1.94%,熔解的刚玉和部分石英以莫来石形式析出,瓷件内部莫来石含量从7.49%升高到11.41%㊂随着烧成温度从1160ħ升高到1280ħ,瓷件内部玻璃相含量从47.06%提高到51.63%,瓷件真气孔率从12.50%下降到5.59%,但是当烧成温度达到1310ħ时,瓷件过烧,内部真气孔率增加到6.99%㊂当烧成温度为1160ħ时,瓷件生烧,存在开口气孔,瓷件弯曲强度仅151MPa;当烧成温度增加到1190ħ,弯曲强度达最大值181MPa;随着烧成温度继续升高到1310ħ,瓷件内部总晶相含量从52.94%下降到48.37%,瓷件内部起弥散增强作用的晶相颗粒减少,瓷件强度从181MPa 逐渐降至158MPa㊂这些研究结果对优化高铝瓷的配方㊁烧成制度及材料性能都有重要的参考意义㊂关键词:高铝瓷;烧成温度;物相组成;微观结构;力学性能;弥散增强中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)09-3315-09Evolution of Composition ,Structure and Mechanical Properties of High Alumina Porcelain with Sintering TemperatureYUAN Zhiyong 1,ZHANG Xueri 1,LI Kai 2,XU Chengming 1,WU Jiali 1,LIAO Cangdong 1,ZHENG Meng 1,WU Yinghao 1,YAN Faqiang 1(1.Luxi High Voltage Insulator and Electricity Research Institute Co.,Ltd.,Pingxiang 337200,China;2.China Building Material Test &Certification Group Zibo Co.,Ltd.,Zibo 255086,China)收稿日期:2023-04-27;修订日期:2023-06-28作者简介:袁志勇(1986 ),男,博士,高级工程师㊂主要从事电力装备用陶瓷绝缘材料的研究㊂E-mail:yuanzy_1986@ Abstract :When the formula and raw materials are fixed,the composition,structure and properties of high alumina porcelain largely depend on the firing system.Changes of phase composition,microstructure and mechanical properties of high alumina porcelain with sintering temperature were systematically studied,and the reasons were analyzed.The results show that with the increase of sintering temperature from 1160ħto 1310ħ,the amount of fused corundum and quartz particles in porcelain increases,the content of corundum phase decreases from 37.85%(mass fraction,the same below)to 35.02%,and the content of quartz phase decreases from 7.60%to 1.94%.The fused corundum and some quartz precipitate in the form of mullite,and the content of mullite phase in porcelain increases from 7.49%to 11.41%.As sintering temperature increases from 1160ħto 1280ħ,the content of glass phase in porcelain increases from 47.06%to 51.63%,while the true porosity of porcelain decreases from 12.50%to 5.59%.However,when sintering temperature reaches 1310ħ,the porcelain are overburning,therefore the true porosity increases to 6.99%.When sintering temperature is 1160ħ,the porcelain is undersintering with open pores,and the bending strength is only 151MPa.When sintering temperature increases to 1190ħ,the bending strength reaches a maximum value of 181MPa.As sintering temperature continues to rise to 1310ħ,the total content of crystalline phases in pocelain decreases from 52.94%to48.37%,indicating that the crystalline particles which play a dispersion enhancing role in porcelain decrease,thus the strength of porcelain gradually decreases from 181MPa to 158MPa.These research results have important reference3316㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷significance for optimizing the formulation,firing system and material properties of high alumina porcelain.Key words:high alumina porcelain;sintering temperature;phase composition;microstructure;mechanical property;dispersion strengthening0㊀引㊀言瓷绝缘子自1850年被Werner Von Siemens首次应用于输电线路的建设上,至今已经有170余年历史[1]㊂由于具有机械强度高㊁化学性能稳定㊁绝缘性能好㊁耐腐蚀性能好等众多优点,瓷绝缘子已成为电力输配送系统和铁路电网系统中使用最广泛的绝缘材料之一[2-3]㊂随着电力输配送系统从普通的35kV及以下电压等级发展到1100kV特高压电压等级,电力工程对瓷绝缘子的强度提出了越来越高的要求,瓷绝缘子材料经历了从低强度的长石瓷到中强度的石英瓷,最后到高强度㊁超高强度的铝质瓷的发展过程[4]㊂铝质瓷属于黏土-长石-高铝原料三元系统,通过在坯料配方中直接加入含刚玉晶体的高铝原料,使结构中出现尽可能多的刚玉晶相,最终形成以刚玉为主晶相的瓷件㊂与石英(方石英)㊁莫来石相比,刚玉具有更高的弹性模量和强度,而刚玉晶体的含量是决定铝质瓷强度的主要因素,因此提高铝质瓷中的刚玉相含量也就提高了瓷件的强度[5-6]㊂近年来,国内外有关高强度电瓷材料的研究集中在以铝质瓷为基础来提高瓷件性能上[6-9]㊂Montoya等[8]研究了TiO2含量对高铝质瓷(即铝含量较高的铝质瓷)显微结构和强度的影响,指出TiO2会降低熔体的黏度,从而促进二次莫来石的形核和长大,同时提高烧结体的致密度,最终提高瓷件的弯曲强度㊂通过研究不同氧化铝含量瓷件[9]的性能可知,致密颗粒和细长针状莫来石的均匀分布是瓷件具有最好电气强度的特征显微结构㊂烧成是高铝瓷制备过程中极其重要的一个工艺环节,在配方和原料一定的情况下,高铝瓷的组成㊁结构与性能在很大程度上取决于烧成制度㊂通过研究烧成温度对高强度煅烧铝矾土瓷微观结构的影响[10]可知,当烧成温度为1370ħ时,瓷件内部莫来石相含量达最大值,瓷件达最佳烧成状态,机械强度达最大值㊂但是目前有关高铝瓷物相组成㊁微观结构㊁力学性能随烧成温度演变的研究较少㊂本文将同一配方样品在不同温度下烧成,系统研究高铝瓷的物相组成㊁微观结构和力学性能随烧成温度的变化趋势,分析相关机理,从而为高铝瓷的配方确定㊁烧成制度及材料性能优化提供理论支撑㊂1㊀实㊀验1.1㊀试剂与材料试验用高铝瓷的配方如表1所示㊂氧化铝为山东盛日奥鹏环保科技有限公司生产的高温煅烧氧化铝粉,长石为湖南岳阳洞庭非金属矿有限公司生产的钾长石,黏土A㊁B㊁C和D分别由江门市友顺陶瓷原料有限公司㊁吉林市乾丰陶瓷材料有限公司㊁河北沙河市禄峰矿产有限公司和辽宁省法库县非金属综合矿提供㊂原料的主要化学组成如表2所示,高铝瓷配方的主要化学组成如表3所示㊂表1㊀高铝瓷的配方Table1㊀Formulation of high alumina porcelainRaw material Aluminum Feldspar Clay A Clay B Clay C Clay D Mass fraction/%2717630614表2㊀原料的主要化学组成Table2㊀Main chemical composition of raw materialsRaw material Mass fraction/%SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaO MgO K2O Na2O LOI Aluminum 99.270.020.010.030.080.060.240.18 Feldspar69.3716.610.150.060.330.0510.41 2.610.32Clay A51.7630.67 1.370.450.090.26 1.390.1113.83 Clay B55.9328.07 1.74 1.110.170.440.740.1511.13 Clay C51.5445.030.74 1.010.430.150.230.090.10Clay D64.0422.49 1.320.220.590.25 4.310.43 6.16第9期袁志勇等:高铝瓷组成㊁结构与力学性能随烧成温度的演变3317㊀表3㊀高铝瓷配方的主要化学组成Table 3㊀Main chemical composition formulation of high alumina porcelain Composition SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3TiO 2CaO MgO K 2O Na 2O LOIMass fraction /%43.1446.380.860.480.230.28 2.920.55 4.831.2㊀制备工艺按表1的配方称取原料,经球磨㊁过筛㊁除铁㊁榨泥㊁陈腐㊁真空练泥后,挤制成ϕ24mm ˑ150mm 的试条㊂干燥后的试条在电炉中烧成,先以3ħ/min 从室温升到300ħ,保温0.5h,接着以3ħ/min 升到960ħ后保温1h,再以4ħ/min 升到最终温度(1160㊁1190㊁1220㊁1250㊁1280㊁1310ħ)后保温1h,最后随炉冷却至室温,完成整个烧成过程㊂1.3㊀分析和测试通过测定烧成前后的长度来计算试条的烧成收缩率;烧成后试条的染料渗透性试验(液体吸收)按照‘陶瓷和玻璃绝缘材料第2部分:试验方法“(GB /T 8411.2 2008)进行;不同烧成温度下试条体积密度利用阿基米德排水法测试,每个烧成温度下试条体积密度测试结果取3块小瓷块体积密度的平均值㊂测试完体积密度的小瓷块研磨成细瓷粉,使之能完全通过孔径为63μm 的试验筛㊂细瓷粉的化学成分采用X 射线荧光光谱仪(德国布鲁克,S8TIGER 型)进行测试;细瓷粉的真密度采用全自动真密度分析仪(美国康塔仪器公司,Uatryc 1200e)进行测试;细瓷粉的物相成分采用X 射线衍射仪(德国布鲁克,D8Advance 型)进行测试,试验条件为:Cu K α(λ=0.15406nm),扫描速度2(ʎ)/min,加速电压40kV,电流40mA,扫描范围5ʎ~70ʎ㊂烧成后试条的三点弯曲强度(以下简称弯曲强度)的测试按照‘陶瓷和玻璃绝缘材料第2部分:试验方法“(GB /T 8411.2 2008)进行㊂测试弯曲强度和弹性模量后的试条,利用切片机切割出约5mm 厚的圆片,对圆片的一个面进行研磨㊁抛光处理㊂抛光后的圆片用水洗干净,用质量分数为5%的氢氟酸腐蚀5min,然后用流动的清水冲洗干净,接着放入超声波清洗机中超声清洗不少于10min,以去除圆片表面残留的氢氟酸,最后将圆片放入(100ʃ5)ħ的恒温干燥箱中烘干㊂抛光样和腐蚀样品的微观形貌利用扫描电子显微镜(荷兰飞纳,Phenom Prox 型)观察㊂2㊀结果与讨论2.1㊀物相组成分析图1㊀不同烧成温度下高铝瓷的XRD 谱Fig.1㊀XRD patterns of high alumina porcelain sintered at different temperatures 不同烧成温度下高铝瓷的XRD 谱如图1所示(c 为刚玉,m 为莫来石,q 为石英)㊂假设瓷件内部的晶相只有刚玉㊁石英和莫来石,其他可能存在的物相均为玻璃相,按照优化后的方法对瓷件内部物相组成进行定量分析[11],得到瓷件内部物相含量随烧成温度的变化,瓷件中刚玉㊁石英和莫来石相含量随烧成温度变化如图2所示,瓷件中总晶相和玻璃相含量随烧成温度变化如图3所示㊂从结果可以看出,随着烧成温度从1160ħ升高到1310ħ,瓷件内部总晶相含量(刚玉相㊁莫来石相和石英相含量总和,文中均为质量分数)从52.94%逐渐下降到48.37%,与此同时玻璃相含量从47.06%升高到51.63%㊂同时还可以发现,晶相中的刚玉相㊁莫来石相和石英相随着烧成温度的升高呈现出完全不同的变化趋势㊂刚玉相含量随着烧成温度的升高逐渐下降,刚玉相含量下降幅度很小,仅从1160ħ的37.85%下降到1310ħ的35.02%㊂石英相含量随烧成温度的升高持续下降,并且下降幅度较大,从1160ħ的7.60%下降到1310ħ的1.94%㊂随着烧成温度从1160ħ升高到1310ħ,莫来石相含量从7.49%逐渐升高到11.41%㊂3318㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图2㊀瓷件中刚玉㊁石英和莫来石相含量随烧成温度变化Fig.2㊀Changes of corundum,quartz and mullite phase content in porcelain with sinteringtemperature 图3㊀瓷件中总晶相和玻璃相含量随烧成温度变化Fig.3㊀Changes of total crystalline phases and glass phase in porcelain with sintering temperature 随着烧成温度升高,高温状态下瓷件内部的部分刚玉会熔于高温熔体中,导致熔体中的Al 2O 3含量增加,熔体中增加的Al 2O 3最终以莫来石相的形式析出[6],从而引起瓷件内部莫来石相含量增加㊂与此同时,瓷件中熔于高温熔体中的石英相含量逐渐增加,熔体中新增加的SiO 2一部分以莫来石相的形式析出,另一部分最终会以玻璃相的形式存在于瓷件中,从而引起瓷件内部玻璃相含量增加㊂2.2㊀微观结构分析2.2.1㊀瓷件气孔的变化瓷件气孔随烧成温度的变化如图4所示㊂从图4中可以看出,不同烧成温度下瓷件中的气孔均呈均匀分布状态,但随着烧成温度的升高,瓷件内部的气孔在数量㊁形状和尺寸方面存在较大差异㊂当烧成温度仅为1160ħ时,瓷件内部气孔数量较多,且存在较多的絮状㊁蠕虫状等不规则气孔[12],气孔尺寸大部分在5μm 以下,偶见有10μm 及以上的气孔(见图4(a))㊂随着烧成温度的升高,瓷件内部气孔数量逐渐变少,气孔形状逐渐向团状㊁球状发展,气孔尺寸逐渐变大㊂当烧成温度提高到1310ħ时,瓷件内部气孔数量明显变少,大部分气孔都呈较规则的球形,尺寸大部分在10μm 左右(见图4(f))㊂图4㊀瓷件气孔随烧成温度的变化Fig.4㊀Variation of porosity of porcelain with sintering temperature第9期袁志勇等:高铝瓷组成㊁结构与力学性能随烧成温度的演变3319㊀为进一步研究烧成温度对瓷件内部气孔的影响,对不同烧成温度下瓷件的真气孔率P t 进行分析对比,瓷件的真气孔率计算式如式(1)[13]所示㊂P t =1-ρb ρt ()ˑ100%(1)式中:P t 为真气孔率,%;ρb 为体积密度,g /cm 3;ρt 为真密度,g /cm 3㊂瓷件的体积密度㊁真密度㊁真气孔率测试结果见表4㊂瓷件的烧成收缩率㊁体积密度和真气孔率随烧成温度的变化如图5所示㊂从表4和图5中可以看出,随着烧成温度的升高,瓷件的烧成收缩率和体积密度与真气孔率呈相反的变化趋势㊂当烧成温度从1160ħ升高到1220ħ时,瓷件的烧成收缩率从8.00%升高到9.55%,体积密度从2.52g /cm 3增加到最大值2.70g /cm 3,真气孔率从12.5%下降到最低值5.59%;随着烧成温度继续从1220ħ升高到1280ħ,瓷件的烧成收缩率基本不变(在9.60%左右),体积密度保持在最大值(2.70g /cm 3),真气孔率维持在最低值5.59%;但是随着烧成温度进一步升高到1310ħ,瓷件的烧成收缩率下降至9.16%,体积密度下降至2.66g /cm 3,真气孔率增加至6.99%㊂表4㊀瓷件的体积密度㊁真密度㊁真气孔率测试结果Table 4㊀Test results of bulk density ,true density and true porosity of porcelainTemperature /ħBulk density /(g㊃cm -3)True density /(g㊃cm -3)True porosity /%Dye penetration results Firing shrinkage /%1160 2.52 2.8812.50Penetration 8.001190 2.60 2.879.41Anti penetration 8.931220 2.70 2.86 5.59Anti penetration 9.551250 2.70 2.86 5.59Anti penetration 9.611280 2.70 2.86 5.59Anti penetration 9.641310 2.66 2.86 6.99Anti penetration 9.16图5㊀瓷件的烧成收缩率㊁体积密度和真气孔率随烧成温度的变化Fig.5㊀Variation of firing shrinkage rate,bulk density and true porosity of porcelain with sintering temperature 当烧成温度低于1220ħ时,瓷件处于生烧状态,内部玻璃相偏少,此时瓷件内部的气体可以排出体外㊂因此,当烧成温度从1160ħ升高到1220ħ时,瓷件内部玻璃相含量增加,瓷件致密化程度提升,内部气体总量减少,气孔数量减少,真气孔率下降㊂当温度从1220ħ升高到1280ħ时,瓷件内部玻璃相含量持续增加,瓷件达到最佳的致密化烧结状态,内部的气体被完全封闭在瓷件内,无法向外排出,真气孔率不变,此时瓷件内部只发生气孔之间的合并,使气孔数量减少,气孔尺寸变大㊂进一步将烧成温度提升到1310ħ,瓷件处于过烧状态,内部玻璃相含量多,且内部继续发生气孔之间的合并,使气孔数量减少㊂但是由于烧成温度过高,气孔发生胀大[14],使真气孔率升高㊂2.2.2㊀瓷件晶相形貌的变化用氢氟酸处理过表面的瓷件形貌随烧成温度的变化如图6所示,能谱分析如图7所示㊂结合图6和图7可以看出,刚玉㊁莫来石和石英晶粒均匀地分布在瓷件中㊂随着烧成温度的升高,瓷件内部莫来石含量增加,且相互交织的程度加大㊂瓷件中的莫来石包含一次莫来石和二次莫来石:一次莫来石是由高岭石转变而成[15],呈颗粒㊁鳞片或短柱状,一般比较短小且致密;二次莫来石是从长石熔化黏土分解产物后的熔体中析出,呈三维交织的针状结构㊂2.3㊀力学性能的演变瓷件的弯曲强度随烧成温度的变化如图8所示㊂从图8中可以看出,当烧成温度为1160ħ时,瓷件的弯曲强度仅为151MPa,这是因为此时还未达到瓷件的烧成温度范围,在此温度下瓷件处于生烧状态,由于玻璃相含量低,瓷件内部孔隙率大,并且存在大量的开口气孔(瓷件吸红,见表4)㊂当烧成温度提升到3320㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷1190ħ时,瓷件弯曲强度达到最大值,为181MPa㊂将烧成温度从1190ħ提高到1310ħ,瓷件的弯曲强度从181MPa 逐渐下降至158MPa㊂从图8中还可以看出,当烧成温度介于1190~1280ħ时,瓷件的弯曲强度均大于160MPa㊂图6㊀瓷件被腐蚀表面随烧成温度的变化Fig.6㊀Variation of corroded surface of porcelain with sinteringtemperature 图7㊀瓷件被腐蚀表面的能谱分析结果Fig.7㊀Results of energy spectra analysis of corroded surface of porcelain第9期袁志勇等:高铝瓷组成㊁结构与力学性能随烧成温度的演变3321㊀图8㊀瓷件的弯曲强度随烧成温度的变化Fig.8㊀Variation of bending strength of porcelain with sintering temperature 瓷件的弯曲强度和总晶相含量随烧成温度的变化如图9所示㊂由图9和图3可知,当烧成温度从1190ħ升高到1310ħ时,瓷件内部晶相总量下降,瓷件的弯曲强度随之下降㊂电瓷的弥散强化理论认为[16-17],瓷件中的晶相(包括刚玉㊁莫来石和石英)弥散分布在连续的玻璃相中,发挥颗粒增强玻璃相的作用㊂因此瓷件中总晶相含量下降,弥散分布在玻璃相中的增强颗粒减少,瓷件弯曲强度下降㊂瓷件的弯曲强度和莫来石相含量随烧成温度的变化如图10所示㊂由图10㊁图2和图6可知,当烧成温度从1190ħ升高到1310ħ时,瓷件内部莫来石相含量增加,针状莫来石的相互交织程度提高,瓷件的弯曲强度下降㊂电瓷的莫来石强化理论[18-19]认为瓷件的弯曲强度完全取决于其内部相互交织的针状二次莫来石,瓷件内莫来石含量越高,针状莫来石相互交织的程度越高,瓷件的弯曲强度越高㊂但显然试验结果与莫来石强化理论相违背,表明莫来石含量及其交互程度对瓷件弯曲强度的影响不显著㊂图9㊀瓷件的弯曲强度和总晶相含量随烧成温度的变化Fig.9㊀Variation of bending strength and total content of crystalline phases of porcelain with sinteringtemperature 图10㊀瓷件的弯曲强度和莫来石相含量随烧成温度的变化Fig.10㊀Variation of bending strength and content of mullite phase of porcelain with sintering temperature瓷件内部裂纹的SEM 照片如图11所示㊂由图11可知,瓷件的玻璃相中存在裂纹,局部短的微裂纹首尾相连,有扩展趋势,并且裂纹更多出现在没有莫来石或者莫来石较少的玻璃相区域㊂这可能是因为玻璃相中含有更多的碱金属和碱土金属元素,而碱金属和碱土金属元素可以降低该区域的烧成温度㊂该区域的固化过程伴随着体积收缩现象的产生,但此时周边没有足够的熔体来填充固化引起的体积收缩,因此在内应力的作用下出现了裂纹㊂瓷件内部玻璃相含量越多,瓷件在烧成的冷却阶段收缩越严重,瓷件内部玻璃相中裂纹越多[20]㊂同时瓷件中残留的石英冷却至573ħ时会发生晶型转变[21],体积突变引起石英颗粒内部产生较大的收缩应力,使石英颗粒内部出现贯穿性裂纹(见图6(b)和6(c)),甚至发生炸裂(见图11)㊂瓷件玻璃相和石英颗粒中存在的裂纹在外力作用下会成为瓷件断裂的根源,对瓷件强度不利㊂3322㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图11㊀瓷件内部的裂纹的SEM照片Fig.11㊀SEM images of cracks in porcelain3㊀结㊀论1)随着烧成温度的升高,瓷件内部总晶相含量逐渐下降,其中刚玉相和石英相含量下降,莫来石相含量升高,升高的原因是熔解的刚玉和部分石英以莫来石形式析出㊂2)随着烧成温度的升高,瓷件内部玻璃相含量增加,瓷件真气孔率先下降,后趋于稳定,最后再升高,生烧和过烧都会使瓷件的真气孔偏高㊂3)随着烧成温度的升高,处于致密烧结状态下的瓷件内部总晶相含量减少,且内部起弥散增强作用的晶相颗粒减少,使得瓷件强度降低㊂4)当烧成温度介于1220~1280ħ时,瓷件体积密度维持最大值2.70g/cm3,真气孔率维持最低值5.59%,瓷件强度均在160MPa以上,该温度范围为高铝质瓷的理想烧成温度区间㊂参考文献[1]㊀LIEVERMANN J,SCHULLET W.Avoiding quartz in alumina porcelain for high-voltage insulators[J].American Ceramic Society Bulletin,2001,80(6):37-42.[2]㊀MENG Y,GONG G H,WU Z P,et al.Fabrication and microstructure investigation of ultra-high-strength porcelain insulator[J].Journal of theEuropean Ceramic Society,2012,32(12):3043-3049.[3]㊀LIEBERMANN J,SCHULLE W.Bauxitic porcelain:a new high-tech product for high-voltage insulation[J].Key Engineering Materials,2001,206/207/208/209/210/211/212/213:1727-1730.[4]㊀AMIGÓJ M,SERRANO F J,KOJDECKI M A,et al.X-ray diffraction microstructure analysis of mullite,quartz and corundum in porcelaininsulators[J].Journal of the European Ceramic Society,2005,25(9):1479-1486.[5]㊀TOUZIN M,GOEURIOT D,GUERRET-PIÉCOURT C,et al.Alumina based ceramics for high-voltage insulation[J].Journal of the EuropeanCeramic Society,2010,30(4):805-817.[6]㊀刘㊀震,高文元.不同烧成温度下电瓷微观结构的研究[J].中国陶瓷工业,2009,16(2):13-19.LIU Z,GAO W Y.Study on microstructure of electrical porcelain at different sintering temperatures[J].China Ceramic Industry,2009,16(2): 13-19(in Chinese).[7]㊀袁志勇,阎法强,许承铭,等.三种典型直流特高压用氧化铝电瓷组成㊁结构与力学性能的对比研究[J].硅酸盐通报,2023,42(6):2206-2214.YUAN Z Y,YAN F Q,XU C M,et parative study on composition,structure and mechanical properties of three typical alumina insulator for UHVDC[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2023,42(6):2206-2214(in Chinese).[8]㊀MONTOYA N,SERRANO F J,REVENTÓS M M,et al.Effect of TiO2on the mullite formation and mechanical properties of aluminaporcelain[J].Journal of the European Ceramic Society,2010,30(4):839-846.[9]㊀SEDGHI A,RIAHI-NOORI N,HAMIDNEZHAD N,et al.Effect of chemical composition and alumina content on structure and properties ofceramic insulators[J].Bulletin of Materials Science,2014,37(2):321-325.[10]㊀钱端芬,徐协文,李德意,等.烧成制度对铝质高强瓷显微组织结构的影响[J].硅酸盐通报,2001,20(2):35-39.QIAN D F,XU X W,LI D Y,et al.Effect of firing schedule on microstructure of high strength aluminum ceramics[J].Bulletin of Thechinese Ceramic Society,2001,20(2):35-39(in Chinese).[11]㊀高㊀博,闫振华,赵禹来,等.瓷件微观结构对悬式瓷绝缘子机械性能和抗温度变化性能的影响研究[J].电瓷避雷器,2019(5):255-㊀第9期袁志勇等:高铝瓷组成㊁结构与力学性能随烧成温度的演变3323 261.GAO B,YAN Z H,ZHAO Y L,et al.Study on the effect of ceramic microstructure on mechanical properties and temperature resistance of suspended porcelain insulators[J].Insulators and Surge Arresters,2019(5):255-261(in Chinese).[12]㊀朱振峰,杨㊀俊,陈元魁.铝质高强度电瓷显微结构与强度关系的研究[J].电瓷避雷器,2002(5):17-21.ZHU Z F,YANG J,CHEN Y K.Study on relationship between microstructure and strength of high-stength aluminious electric porcelain[J].Insulators and Surge Arresters,2002(5):17-21(in Chinese).[13]㊀国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.天然石材试验方法第3部分:吸水率㊁体积密度㊁真密度㊁真气孔率试验:GB/T9966.3 2020[S].北京:中国标准出版社,2020.China Building Materials Federation.Test method for natural stone Part3:Water absorption,bulk density,true density and true porosity test: GB/T9966.3 2020[S].Beijing:China Standard Press,2020(in Chinese).[14]㊀李玉书,吴落义,李㊀瑛.电瓷工艺与技术[M].北京:化学工业出版社,2007:323-325.LI Y S,WU L Y,LI Y.Process and Technology of Electric Porcelain[M].Beijing:Chemical Industry Press,2007:323-325(in Chinese).[15]㊀成㊀茵,肖汉宁,汪㊀洋.高铝瓷中二次莫来石对电瓷强度的影响[J].电瓷避雷器,2003(6):3-5+8.CHENG Y,XIAO H N,WANG Y.Effects of secondary mullite on the mechanical strength of aluminous porcelain[J].Insulators and Surge Arresters,2003(6):3-5+8(in Chinese).[16]㊀HASSELMAN D P H,FULRATH R M.Proposed fracture theory of a dispersion-strengthened glass matrix[J].Journal of the American CeramicSociety,1966,49(2):68-72.[17]㊀STATHIS G,EKONOMAKOU A,STOURNARAS C J,et al.Effect of firing conditions,filler grain size and quartz content on bending strengthand physical properties of sanitaryware porcelain[J].Journal of the European Ceramic Society,2004,24(8):2357-2366.[18]㊀MATTYASOVSZKY Z L.Mechanical strength of porcelain[J].Journal of the American Ceramic Society,1957,40(9):299-306.[19]㊀CARTY W M,SENAPATI U.Porcelain:raw materials,processing,phase evolution,and mechanical behavior[J].Journal of the AmericanCeramic Society,1998,81(1):3-20.[20]㊀MENG Y,GONG G H,WEI D T,et parative microstructure study of high strength alumina and bauxite insulator[J].CeramicsInternational,2014,40(7):10677-10684.[21]㊀PRASAD C S,MAITI K N,VENUGOPAL R.Effect of rice husk ash in whiteware compositions[J].Ceramics International,2001,27(6):629-635.。