復合添加劑對熔融石英陶瓷析晶的影響

oNi耐火材料241 ~ 243第46卷第4期A(yíng)IHUU (AILAU復合添加劑對熔融石英陶瓷析晶的影響卜景龍申書(shū)斌于立學(xué)王志發(fā)河北省無(wú)機非金屬材料重點(diǎn)實(shí)驗室河北聯(lián)合大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院河北唐 山063009摘要:以粒徑 ≤0.10 mm的熔融石英粉為主要原料,分別添加相對于熔融石英粉質(zhì)量1%、2%、3%的復合添加劑B,C-Yb2Oz(B,C與Yb2O3的質(zhì)量比為1:1)或SizN.-Nd2O3(SizN4與Nd2O,的質(zhì)量比為1:1),以聚乙烯醇為結合劑,經(jīng)攪拌、成型、干燥后,分別于1 300、1 350和1 400心C埋炭(石墨)保溫1 h熱處理,然后在常溫~1 200 C對燒后試樣進(jìn)行熱膨脹試驗,并對其進(jìn)行XRD分析,以研究復合添加劑B,C- Yb2O3和SizN,-Nd2O3對熔融石英陶瓷在熱處理過(guò)程中析晶的影響。結果表明:添加B,C-Yb2O,或SijN,-Nd2O,對熔融石英熱處理過(guò)程中的析晶均有不同程度的抑制作用,且B,C-Yb2O,抑制熔融石英析晶的效果比Si,N,-Nd2O3的更好,尤其是在較高的熱處理溫度下。關(guān)鍵詞:熔融石英陶瓷;析晶;復合添加劑;碳化硼;氧化鐿;氮化硅;氧化釹中圖分類(lèi)號:TQ174文獻標識碼:A文章編號:1001 - 1935(2012)04 -0241 -03熔融石英的熱膨脹系數小(0.54x10-6 C-'),m(Si;N) :m(Nd,0,) =1:1的Si,N,-Nd2O,兩種復熱導率低,抗熱震性好,熔體黏度大(不易被氣流沖刷合添加劑使用。結合劑為w(聚乙烯醇) =2%的聚乙流失),被廣泛應用于玻璃、冶金、化工等領(lǐng)域"。以烯醇溶液。熔觸石英微細顆粒為原料,按照陶瓷生產(chǎn)工藝制備的1.2試樣制備熔融石英陶瓷材料,因熔融石英顆粒間存在微小孔試樣的配料組成見(jiàn)表1。表中復合添加劑和聚隙,其抗裂紋擴展能力和韌性增強,進(jìn)一步提高了材乙烯醇的加人量是相對于100份質(zhì)量的熔融石英粉料使用的安全性和可靠性,擴大了應用領(lǐng)域|2-3)。但的質(zhì)量,例如配方BYl,若熔融石英粉的質(zhì)量為100是,隨著(zhù)溫度的升高,熔融石英析晶出方石英晶體,導g,則B,C-Yb2O3和聚乙烯醇溶液的質(zhì)量分別為1和致材料的使用性能下降。6 g;若以質(zhì)量分數表示,則熔融石英粉. B,C- Yb2O,-.些研究者研究了熔融石英材料的析晶行為和和聚乙烯醇溶液的質(zhì)量分數分別為93. 46%、0. 93%、析晶動(dòng)力學(xué),有些研究者研究了添加單一非氧化物或5.61%。單一稀土氧化物對熔融石英析晶的抑制作用14-7] ,但表1試樣的配料組成( 相對質(zhì)t)Table 1 Formulations of specimens目前尚未見(jiàn)到添加復合添加劑抑制熔融石英析晶的BLO BYI BY2_ BY3_ SNI SN2_ SN3研究報道。為此，研究了復合添加劑B,C-Yb2O3和熔融英粉100 100 100 100 10000 10B4C-Yb2OzSi,N,-Nd2O,對熔融石英陶瓷析晶的影響。SizN,-Nd2O3聚乙烯醇溶液1試驗將熔融石英粉和添加劑放人XM-4型行星快速1.1 原料研磨機中,加人適址剛玉球混合60 min, 出料后置于試驗用主要原料為粒徑≤0.10 mm(dso =研缽中,加入聚乙烯醇溶液攪拌10~15 min,過(guò)40目19 μm)、w(SiO2) =99. 9%的熔融石英粉。添加劑(0. 355 mm)篩,然后置于塑料袋中,用手揉捏2 ~有:do=27 μm、w(B,C) =95. 0%的碳化硼微粉，5min后,密封困料6h。dso =20 μm、w( Yb20,) =99. 9%的氧化鐿微粉,dso =30 μm、w(Si;N,) = 90. 0%的氮化硅微粉和dso =●國家自然科學(xué)基金資助項目(51072046)。20 μm、w( Nd2O3) = 99.9%的氧化釹微粉,并將它們.卜景龍:男,1957年生,博士,教授。E-mail bjil@ hru.配制成m(B,C) :m(Yb20,) =1:1的B,C-Yb2O3和收稿日期2012-0中國煤化工二湍輯:黃衛國;HCNMHGs 241 .2012/4“麗火材科/ KCTKALiUKIES耐火材料/NAIHUO CAILIAO2012年第46卷在液壓機上以50 MPa的壓力成型為50 mmx10260C階段的快速膨脹是因為試樣在熱處理過(guò)程中mmx 10 mm的樣坯,于60 C干燥2 h,再于90 C干析出了a-方石英,a-方石英在試樣冷卻后轉變成β-方燥1 h,然后置于匣缽中用石墨掩埋好,分別在1 300、石英,而β-方石英在熱膨脹試驗過(guò)程中加熱到180~1350和1400C保溫1h熱處理。270 C時(shí)又再次轉變?yōu)閍-方石英并產(chǎn)生2. 8%的體積1.3 性能檢測膨脹。因此,從燒后試樣在260 C左右的熱膨脹率可在PCY型高溫臥式膨脹儀上,以10 C●min~'的以推斷試樣在熱處理過(guò)程中的析晶程度。高于260升溫速率升溫,記錄燒后試樣在常溫~1200 9C升溫C以后熱膨脹率變化較小則表明,燒后試樣在熱膨脹過(guò)程中的熱膨脹曲線(xiàn)。試驗過(guò)程中繼續析晶及再燒結的程度均較小。采用D/MAX2500PC型x射線(xiàn)衍射儀分析燒后(2)隨著(zhù)熱處理溫度的提高，燒后試樣在260 C試樣的物相組成。左右的熱膨脹率均快速增大,表明熔融石英在熱處理過(guò)程中的析晶程度隨溫度的升高而快速增大。2結果與討論(3)引人復合添加劑的試樣在260 C左右的熱膨2.1試樣的熱膨脹率脹率均比空白試樣BLo的小，表明引人復合添加劑確不同溫度燒后試樣在室溫~1200 C的熱膨脹曲實(shí)在一定程度上抑制了熔融石英陶瓷在1300~線(xiàn)見(jiàn)圖1?？梢钥闯?1400C熱處理過(guò)程中的析晶,但在不同的熱處理溫度下,這些復合添加劑抑制熔融石英析晶的效果是不.2-同的:1)1 300 C燒后試樣中,除了試樣SN1在260 C左右的熱膨脹率較大外,其他引人復合添加劑的試樣i -0.1的熱膨脹率均較小(小于0.1%);2)1 350 C燒后試-0.2- .一BYI樣中,除了試樣SN1在260C左右的熱膨脹率較大.-0.3-。SNI外,其他引人復合添加劑的試樣的熱膨脹率均較小-040 200400 600 800 1000 1200度/C(遠小于空白試樣的);3)1 400 C燒后試樣中,試樣a)| 300 C燒后1.2rBY3在260 C左右的熱膨脹率最小(只有約0.2% ),. 1.0f試樣BY1和BY2的次之，而SN系列試樣的則幾乎接0.8-近空白試樣的。2.2試樣的相組成0.2不同溫度燒后試樣的XRD圖譜見(jiàn)圖2?？梢钥闯?-SNI-SN2.一SN30450 400 600 8001000 1200 .(1)1 300 C燒后各試樣中,空白試樣在22°附近溫度/C出現β-方石英的衍射峰,但強度不大;試樣SN1也出(b)1 350心饒后.0g現了β-方石英的衍射峰,但強度比空白試樣的小;其:s他試樣則幾乎沒(méi)有出現β-方石英的行射峰,只有- -些寬而彌散的峰。(2)1 350 C燒后各試樣中均出現了明顯的β方BI.O石英衍射峰,其中,空白試樣和試樣SN1的β-方石英+BYI 士BY2 一-BY3。-SNI合SN2_-vSN3衍射峰強度較大,其他試樣的較小。00 400 600 800 1000 1 200(3)1 400 C燒后各試樣中β-方石英衍射峰的強溫度C(c)I 400 C饒后度大幅度增大,表明燒后試樣中均有大量β-方石英生圖1不同溫度燒后試樣的熱膨脹曲線(xiàn)成;空白試樣的β-方石英衍射峰的強度最大,SN系列Fig. 1 Thermal expansion curves of specimens fired at various temperatures試樣的幾乎相同,并且只比空白試樣的略小,試樣(1)不同溫度燒后試樣的熱膨脹曲線(xiàn)在常溫至約BYI和BY2的比SN系列試樣的稍小而試樣BY3的260 C階段快速上升,隨后則變化很小。常溫至約最小。.中國煤化工YHCNMHG242 NAHUO CNUAO/耐火材料2012/4第4期卜景龍，等:復合添加劑對熔融石英陶瓷析晶的影響2012年8月BLO由XRD分析得出的結論與熱膨脹試驗得出的結BYINI論是一致的:空白試樣的析晶最為嚴重,試樣BY3的_BY2析晶程度最小;B,C-Yb2O,抑制熔融石英析晶的效果BY3好于Si,N, -Nd2O,的,尤其在熱處理溫度較高時(shí)。SN3529/(")(a)1 300 C燒后3結論添加B,C-Yb2O3或Si,N. -Nd2O,對熔融石英陶瓷在熱處理過(guò)程中的析晶均具有不同程度的抑制作N用,且B,C-Yb2O3抑制熔融石英析晶的效果比Si;N。Y2-Nd2O3的更好,尤其是在較高的熱處理溫度下。N31δ 20 30 40.5o參考文獻1] 劉春鳳.賈德昌,周玉.等.石英玻璃的析晶行為研究[J].稀有金(b)l 350 C繞后屬材料與工程,2005 ,34(1) :613 -616.[2] 陳肇友.熔融石英陶瓷[J].耐火材料,1973.,7(3):11-15.3] 李玉書(shū)熔融石英的石英陶瓷研究[J].中國陶瓷,1994(1):6-BLQ[4] Demirkesen E.Maytalman E. 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Transactions of Nonferous Metals Society of China ,20062不同溫度燒后試樣的XRD圖譜Fig.2 XRD patterms of specimens fired at vanious temperatures(16) :593 -597.Effects of composite additives on crystallization behavior of fused quartz ceramics/Bu Jinglong, Shen Shubin,Yu Lixue ,Wang Zhifa//Naihuo Cailiao. - 2012 ,46(4) :241Abstract: Fused quartz ceramics were prepared using fused quartz powder (≤0. 10 mm) as main startingmaterial,B,C-Yb2O3 or Si,N,-Nd2O, with 1:1 of mass ratio as composite additives with dosages of sepa-rate 1% ( in mass . similarly hereinafter) ,2% and 3% of fused quartz ceramics powder mass , polyvinyl alco-hol as binder ,mixing , shaping , drying , and graphite-embedded firing at 1 300,1 350 and I 400 Cfor 1 h,re-spectively. The thermal expansion test from ambient temperature to 1 200 C and XRD analysis of firedspecimens were carried out to research the effects of composite additives B,C-Yb2O, or Si,N.-Nd2O, oncrsallization behavior of fused quartz ceramics during firing. The results indicate that both B,C-Yb2O, andSijN4-Nd2O, inhibit the crystallization to a certain degree , and the former has better inhibiting effect that thelatter , especially at higher firing temperatures.Key words : fused quartz ceramics ; crystallization; composite additives; boron carbide; ytterbia; siliconnitride ;neodymium oxideFirst author' s address:Hebei Province Key Laboratory of Inorganic Nonmetallic Materials ,College of Mate-rials Science and Engineering ,Hebei United University , Tangshan 063009, Hebei , China中國煤化工YHCNMHG2432012/4耐火材料/ REFRACTDRIES