熔融石英晶化抑制与烧结性能

第3l卷第3瑚)日j北蝗上掌r孚撒目然科学版)voi。31No．32009年8月JournalofHebeiPolytechnicUniversity(NaturalSeieneeEdition)Aug．2009文章编号：I674-0262(21X)9)0343095-04熔融石英晶化抑制与烧结性能南守宇，卜紊龙，王志发，赵正星，谷莹蕾，马海峰(河北理工大学材料学院，河北唐山o63009)关键词：熔融石英；添加剂；晶化；烧结摘要：以<O．040mm的熔融石英粉体为原料，以五氧化二磷、氧化钛、氧化铝、硼酸、氮化硅为添加剂，试样成型压强为50MPa，试样经l20occ、l300cI=、1400℃、1500℃分别保温1小时烧成，对烧后试样进行抗折强度、气孔率、热膨胀率、XRD、SEM的测定，研究添加剂种类与含量对熔融石英晶化与烧结性能的影响。试验结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：对于1300℃烧结后的试样，添加剂氧化铝、氮化硅的引入对熔融石英的晶化具有明显的抑制作用。引入氧化钛、氮化硅的熔融石英试样的抗折强度较高，具有较好的烧结性能。引入五氧化二磷的试样烧结程度差，该添加剂具有促进熔融石英晶化的作用。中图分类号：TQ175．75+81文献标志码：A0引言熔融石英陶瓷是以熔融石英玻璃为原料，将其破碎粉磨后以压力成型或注浆成型方式制备试样，再经1200oC烧结而成。与熔融石英压铸制品比较，熔融石英陶瓷的石英玻璃晶化为方石英导致的危害程度大大减小，使用寿命及可靠性增强，因此在浮法玻璃、钢铁冶金及电气装置等方面获得较好的应用效果，在激光、导弹、火箭等方面也有应用j¨。熔融石英陶瓷烧结体内含有一定数量的孔隙，其导热性比熔融石英压铸制品要低。在高温较短时间使用时，即使材料表面的石英玻璃析晶，材料内部温度依然较低故析晶程度很小，因此保证了该材料继续使用的可靠性。但熔融石英陶瓷在高温稍长时间使用时，材料内部也发生很大程度的石英玻璃析晶，材料的使用安全性就大大降低【2J。对熔融石英陶瓷试样经1500℃保温1小时的热处理后，试样已失去石英玻璃的低热膨胀特性，其RT一1000oC的的热膨胀系数为18．12×10～·cI=～，其热膨胀率发生的最大温度区间为180—300oC，是方石英_方石英的典型热膨胀特征。本试验以不同粒径的熔融石英为主要原料，采用多种不同含量的添加剂制备试样，试验研究熔融石英的粒径、添加剂种类与加人量、烧成温度等对熔融石英陶瓷材料烧结性能与石英玻璃晶化行为的影响。1试验过程1．1试验用原料制备试样的主要原料为熔融石英玻璃，其粉体的粒径为<40m。试样配料中引入的添加剂有P20，TiO：，AI：0。，H，BO3，SiN等。熔融石英玻璃原料及各种添加剂的纯度均I>99．O％。1．2试样制备每种添加剂的引入量分别为l％，2％，3％。各试样的编号为：第1，2位字符表示添加剂的种类，P2O5为PO，TiO为TO，AIO3为AO，H3BO3为HB，Si，N为SN。无添加剂的对比试样用BL表示；第3位字符为添收稿日期：2008—12基金项目：河北省自然基金资助项目(2008000387)河北理工大学学报(自然科学版)第3l卷加剂的百分含量，即1，2，3。如TO试样为<40／zm熔融石英玻璃粉体含量97％，添加剂氧化钛含量为3％。试样的制备MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714220775087_0是先将熔融石英玻璃粉体与添加剂的配合料在行星磨中进行均化(混合2rain)，在混合后的配合料中加入浓度l％的PVA溶液5％，搅拌均匀后困料3h后采用液压机成型试样，试样的尺寸为l0mm×l0Jl1Il1×52mm，成型压强为50NPa。试样的烧结温度为1200℃，1300oC，1400clc，150occ，各保温lh。2试验结果与讨论图引入％添加剂各试样不同温度烧结后的抗折强度2．1不同添加剂对熔融石英陶瓷烧结性能的影响烧结良好并具备一定强度和致密度的熔融石英陶瓷材料才能满足不同工作场合的需要，因此有必要考察添加剂的引入对熔融石英陶瓷材料强度和致密度的影响。图1—2示出了引入1％，2％，3％添加剂P2O，TiO2，AI：0，，H，BO3，Si3N4的熔融石英陶瓷试样及对比空白试样，经不同烧结温度烧后的的抗折强度。由图1～3可见，添加剂P05与其它添加剂相比，其引入l％，2％，3％的试样不同温度烧后试样的抗折强度均较小。引入添加剂TiO：，AIO，，Si，N的试样，其不同温度及不同引入量的抗折强度均高于纯熔融石英陶瓷试样。图4—6示出了引入l％，2％，3％添加剂P20，TiO2，AI：03，H，BO3，Si3N4的熔融石英陶瓷试样及对比空白试样，经不同烧结温度烧后的显气孔率。由图4～6分析，引入1％，2％，3％添加剂P2O的试样经不同温度烧后的显气孔率最高，对熔融石英陶瓷材料的烧结促进作用差。引入添加剂TiO，Si，N的试样，其不同温度及不同引入量的显气孔率均低于纯熔融石英陶瓷试样。由上分析，添加剂TiO：，Si，N对熔融石英陶瓷材料具有较好的烧结促进作用，添加剂P2O对熔融石英陶瓷材料的烧结具有阻碍作用。2．2不同添加剂对熔融石英晶化的影响熔融石英具有低的热膨胀系数，若熔融石英晶化为方石英，方石英的晶型转变伴随的体积膨胀会使熔融石英陶瓷材料的热膨胀系数增大。因此，检验不同添加剂对熔融石英的晶化抑制效果，可以将其与无添加剂熔融石英陶瓷试样的热膨胀特性进行比较。对无添加剂的熔融石英陶瓷试样BL和引入Temperature，℃图2引入2％添加剂各试样不同温度烧结后的抗折强度Temperature，℃图3引入3％添加剂各试样不同温度烧结后的抗折强度、套各&芒&2盯IpI∞alI-怕，℃图4引入1％添加剂各试样不同温度烧结后的显气孔率第3期南守宇，等：熔融石英晶化抑制与烧结性能97不同添加剂的各熔融石英陶瓷试样，经1300℃保温lh烧结后，进行了各式样的热膨胀率测定，各试样的热膨胀率测定结果示于图7。、誊∞2&e苎&2婀啪lIl陀，℃Temperature／℃图5引入2％添加剂各试样不同温度烧结后的显气孔率图6引入3％添加剂各试样不同温度烧结后的显气孔率由图7可见，引人3％的添加剂TiO：，A10，，Si，N4的熔融石英陶瓷试样，其RT～1200℃的热膨胀率均小于无添加剂的纯熔融石英陶瓷BL试样，而引入3％添加剂P2O5，H3BO3的PO与HB试样均比无添加剂的BL试样热膨胀率高。由此表明，在1300℃保温1h的烧结条件下，添加剂TiO，AtO3，Si，N4等对熔融石英具有较好的晶化抑制效果，而P2O，H，BO，不适于作为熔融石英陶瓷的晶化抑制添加剂。2．3不同添加剂熔融石英陶瓷试样的XRD与SEM图8示出了引入3％添加剂P2O5，TiO2，A12O3，H，BO3，Si，N的熔融石英陶瓷试样，以及对比空白试样，经1300oC保温1h烧结后的XRD图谱。由图8的各试样XRD图谱可见，未加入添加剂的纯熔融石英陶瓷材料试样，有较明显的方石英衍射峰，表明纯熔融石英经1300℃保温1h的高温处理，熔融石英开始发生一定程度的晶化。在引入添加剂P2O5，TiO2，A1203，H3BO3，Si3N4的试样PO，HB中，出现比BL试样明显的方石英衍射峰，以引入P2O的PO试样的衍射峰最大，引入H3BO3的HB试样次之。引人TiO2的TO试样的衍射峰较小，与纯熔融石英试样BL的衍射峰强度相近。将图8与图7的各试样的热膨胀率进行比较分析，发现各试样的各试样的XRD图谱中方石英衍射峰的大小与对应试样的热膨胀率，具有较好的对应性。图9～l1示出了空白试样BL，以及引入3％添芭C．Q罂&。而量羔Tetrocwature，℃图7~IA3％不同添加剂各试样经1300℃烧后的膨胀曲线图图8不同添加剂试样1300℃烧后的XRD图谱98河北理工大学学报(自然科学版)第31卷加剂P205，A12O3的PO，AO试样经1300℃保温1h烧结后的SEM图谱。图9BL试样的SEM照片图9～l1可见，对熔融石英晶化抑制较好的AO试样与BL试样的显微结构相似，结构较致密，熔融石英颗粒为粒径较小的颗粒所分隔。而引入PO的PO试样，较大的熔融石英颗粒之间存有较大的空隙，烧结程度差，与图3及图6的结果具有较好的一致性。3结论(1)对于1300℃烧结后的试样，添加剂氧化铝、氮化硅的引入对熔融石英的晶化具有明显的抑制作用。(2)引入氧化钛、氮化硅的熔融石英试样的抗折强度图10AO试样的sEM照片较高，具有较好的烧结性能。图1lP0试样的SEM照片(3)引入五氧化二磷的试样烧结程度差，该添加剂具有促进熔融石英晶化的作用。参考文献：[1]YuanXiangdong(袁向东)eta1．DevelopmentandApplicationofFusedSilicaCeramic[J]．Glass(玻璃)，1999，26(3)：4446．f2】LiuChunfeng(刘纯凤)eta1．CrystallizationBehaviorofSilicaGlass[J]．RareMetalMaterialsandEngineering(稀有金属材料与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 )，2005，34(Supp1)：613-616．[3】L／Yousheng(李友胜)eta1．EffectSofadditive8onsinteringpropertyoffusedquartzCel~Hllcs[J]．NaihuoCalliao(耐火材料)，2004，38(5)：334’335．[4]BuJinglong(卜景龙)eta1．StudyOnInhibitingCrystallizationofFusedQuanzCeramicMaterials~J]．RareMetalMaterialsandEngineering(稀有金属材料与工程)，2007，36(Supp1)：357~60．ResearchonInhibitingCrystallizationandSinteringPerformanceofFusedQuartzNANShou—yu，BUJing—long，WANGZhi—fa，ZHAOZheng—xing，GUYing—lei，MAHai—feng(CollegeofMaterialScienceandEngineering，HebeiPolytechnicUniversity，TangshanHebei063009，China)Keywords：fusedquartz；additive；crystallization；sinteringAbstract：Fusedquartzgranular(size<40／xm)wasusedasrawmaterialandphosphorouspentoxideBoric，ti—tania，alumina，boracicacid，siliconnitrideasadditives．Afterbeingmoldedfor50MPaandsinteredat1200oC，1300℃，1400cC，1500℃for1h．Samplesweretestedinseveralaspectssuchasbendingstrength，apparentporos—ity，Thermalexpansionrate(RT～1200℃)，XRDandSEM．Theeffectsofdifferentadditivesandcontentonthesinteringperformancesandcrystallizationoffusedquartzareinvestigated．Theresultsindicatedthatforsamplessin—teredat1300℃for1h．effectofaluminaorsiliconnitrideoninhibitingcrystallizationoffusedquartzwasobvi—OUS．Sampleswithtitaniaorsiliconnitridepossesshigherbendingstrengthandsinteringperformances．SampleswithphosphorouspentoxideBoricdisplaylowersinteringperformances，theadditivepromotecrystallizationoffusedquartz．