顆粒級配對低碳鎂碳磚性能的影響

李琦 孫鵬

遼寧省檢驗檢測認證中心（遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院） 遼寧沈陽 110000

目前提高低碳磚抗熱震能力研究主要是：①數(shù)值碳的增韌。結(jié)果表明，易碎玻璃碳結(jié)構(gòu)是酚醛樹脂碳化后形成的，二氧化碳樹脂的納米炭黑、碳納米纖維、碳納米管和在樹脂中加入一定量的瀝青，形成碳鑲嵌結(jié)構(gòu)，大大提高整體抗熱震性；②加入金屬粉末，通過碳化物的形成，氮化或鎂鋁主軸陶瓷相的熱處理提高材料的強度，這種方法比第一種作用還要高，大概提高了10%，但通過調(diào)整顆粒級配來改善其力學性能和抗熱震性能的研究從目前來看還很少[1]。

1 試驗

1.1 原料

電熔鎂砂、硅鋁的合金以及石墨，結(jié)合劑選擇的是型號為PF-5405的熱塑性酚醛樹脂。

1.2 試驗過程

據(jù)Andreassen連續(xù)顆粒級配理論公式來計算。經(jīng)計算設(shè)計的配比方案如表1所示，其中q值需在0．3至0．7之間，Q3即為0．3。選擇的樹脂是總質(zhì)量的3%，加入的稀釋劑酒精量是樹脂的二分之一，加入的固化劑烏洛托品量是樹脂量的8%。

表1 試驗配方（w/%）

然后據(jù)表1配料，混合放入輪碾機里，等到十五分鐘之后，就開始密封一天；選擇壓力大小為200MPa，進行單向加壓，試樣的大小為140毫米x25毫米x25毫米；再在200攝氏度的條件下固化一天；最后埋入石墨，并保持熱處理的溫度為1000攝氏度，保持三個小時。

1.3 對性能的檢查

采用200mpa的壓力，將一定重量的污泥壓入35mm圓筒試樣中，測量其中的高度，用圓筒容積除污泥重量，從而得出坯體的體積密度。根據(jù)GB/T2997-2000和GB/T3001-2000，對試樣進行顯氣孔率、大體積密度和體溫測試，在1000攝氏度的情況下對試樣進行熱處理，然后用蔡司掃描電鏡觀察了試樣的微觀結(jié)構(gòu)。

抗熱震性試驗：將具有熱震性的試驗爐溫度提高至1100攝氏度，保持半個小時，然后給一個覆蓋有抗氧化涂層并經(jīng)過200攝氏度固化的樣品，在試驗爐中放置一整天，在1100攝氏度的條件下保溫十五分鐘后快速取出，快速冷卻水，測試其殘余強度，并在牢固固定時測量其抗熱震性能[2]。

2 結(jié)果

2.1 q值對生坯密實度的影響

從檢測結(jié)果來看，生坯體積的密度是隨著q值的增高而增高的。其中當q值范圍在0．4至0．6時，密實度的變化很明顯，并且q越大其密實度越高。當q值小于0．4或者大于0．6時，密實度則沒有明顯變化。

2.2 q值對與經(jīng)過了1000攝氏度熱處理后的樣品力學性能的影響

通過測試發(fā)現(xiàn)，當q值增大，整個樣品強度也增大，且粗顆粒越多性能越高。

2.3 顯微結(jié)構(gòu)的分析

圖1為顯微鏡下經(jīng)過1000攝氏度熱處理后樣品Q3經(jīng)過熱震后的結(jié)構(gòu)照片。

圖1 經(jīng)1000攝氏度熱處理的試樣Q3熱震后的顯微結(jié)構(gòu)照片

圖像中有規(guī)則形狀的鎂顆粒，鎂顆粒之間的基體由MgO細粉和樹脂碳組成。在對其進行熱震之后，一些氧化鎂顆粒與基體之間出現(xiàn)一些裂紋（圖像中虛線包圍的區(qū)域），這表明裂紋的熱沖擊沿著氧化鎂顆粒的周邊擴散。

復(fù)合材料的斷裂與界面的釋放密切相關(guān)，低碳磚也是一種碳結(jié)合復(fù)合材料，碳結(jié)合與耐火材料顆粒的界面通常是產(chǎn)生和擴展熱震裂紋重要途徑[3]。如果是具有立方晶體結(jié)構(gòu)的鎂顆粒的人工排列，則可建立組織結(jié)構(gòu)的簡單模型。鎂顆粒排列的1/2橫向長度的位錯，顆粒周圍的暗部代表基體的連接區(qū)域，通過計算和分析裂紋穿透長度和顆粒提取界面，分析材料的抗熱震性。如果顆粒邊界長度為和，則截面總長度為8．5a；如果顆粒邊界長度增加到2a，則截面總長度為8A，即當顆粒當量直徑增加時，截止線的總長度應(yīng)僅減少0．5。分離單個顆粒所需能量與顆粒輸入表面成正比，即當當量粒徑增大2倍時，插入橫向長度增大2倍，插入面積增大4倍，即分離所需能量與當量直徑的平方成正比。因此當粒徑系數(shù)Q增大時，總顆粒數(shù)增加，簡單總顆粒與基體的界面較大，斷裂面積所需能量較大。所以對于粗顆粒較多的材料，更具有較高抗熱震性的材料。

3 結(jié)語

（1）粒徑分布對低碳碳磚的密實度有重要影響。如果采用的是連續(xù)顆粒級配的方式來進行研制設(shè)計時，粒度分布系數(shù)q在0．4至0．6之間，隨著q值增加，其生坯的密實度迅速變化，

（2）低碳MgO-C材料的強度隨著顯孔隙率的降低呈線性增加，隨著材料中的粗顆粒的越來越多，碳磚的強度也呈線性增加。

（3）隨著粗顆粒的增加，那些單一的粗顆粒與基體的界面較大，斷口所需能量較大，裂紋難以成形；而整個裂紋的長度減少的部分僅為等效粒徑的0．5倍。所以當材料具有的粗顆粒越多那么就會具有更高抗熱震性。