生產(chǎn)工藝對(duì)致密電熔灰剛玉與白剛玉理化性能的影響_圖文

1、 2002. 5(131 17生產(chǎn)工藝對(duì)致密電熔灰剛玉與白剛玉理化性能的影響710055西安建筑科技大學(xué)材料學(xué)院薛群虎張軍戰(zhàn)王宏聯(lián)摘要對(duì)按照不同生產(chǎn)工藝制得的致密電熔灰剛玉與白剛玉樣品的化學(xué)礦物組成、顯微組織結(jié)構(gòu)及高溫使用性能進(jìn)行分析對(duì)比試驗(yàn), 結(jié)果證明致密電熔灰剛玉在高溫使用性能方面優(yōu)于白剛玉。ABSTRACT The chemical and mineral com position , of dense fused gray corundum and white corundum produced by different processes dense fused gray corun

2、dum is superior to white 關(guān)鍵詞KE YWOR DS corundum ;white corundum ;high tem perature properties 1前言質(zhì), 即順磁性物質(zhì)。電熔剛玉就已知化學(xué)成份而言, 只以工業(yè)氧化鋁為原料, 在電弧爐經(jīng)過高溫熔煉可有Fe 3+(3d 5 及T i 3+(3d 1 具有順磁性, 其它諸如Fe 2+(3d 6 、T i 4+(3d 0 、T i 2+(3d 2 等均無順磁性, 沒有未成對(duì)制得高純度電熔剛玉熔塊。以電熔剛玉熔塊為原料經(jīng)過再加工可制得剛玉質(zhì)耐火材料及磨料磨具等制品。由于熔煉工藝上的差異, 電熔剛玉熔塊從外觀顏色

3、又可分為灰剛玉和白剛玉。對(duì)于用工業(yè)氧化鋁粉為原料電熔制得的剛玉, 從外觀看白剛玉優(yōu)于灰剛玉, 但化學(xué)礦物組成、顯微組織結(jié)構(gòu)及高溫使用性能有何差異值得進(jìn)一步研究。本研究課題不涉及以鋁礬土為原料制得的剛玉熔塊。2實(shí)驗(yàn)2. 1試樣選取選取某電熔耐火材料廠同一原料, 同一臺(tái)電弧爐采用不同生產(chǎn)工藝制得的致密電熔灰剛玉與白剛玉。其化學(xué)成份分析結(jié)果見表1。表1試樣的化學(xué)成份/wt %試樣Al 2O 3灰剛玉98. 49白剛玉99. 01S iO 20. 710. 19T iO 20. 110. 09Fe 2O 30. 100. 10CaO 0. 080. 04M gO 0. 100. 05R 2O 0. 1

4、40. 35LOI 0. 130. 14電子。而Fe 3+、Fe 2+、T i 4+、T i 3+相對(duì)含量的高低則反=g 映了熔塊氧化程度的高低。根據(jù)共振條件h H ,/H ×代入常數(shù)整理得g =0. 7144844(10-6。式中g(shù)為L(zhǎng)ande 因子, 據(jù)此可以了解順磁性物質(zhì)的種類、價(jià)態(tài)為微波頻率; H 為磁場(chǎng)強(qiáng)度1。ERS 定及存在狀態(tài); 性分析圖譜見圖1。2. 2X 射線衍射(XRD 實(shí)驗(yàn)所取試樣經(jīng)磨細(xì)、除鐵, 在日本理學(xué)公司生產(chǎn)的D/MAX A 型12kW 轉(zhuǎn)靶X 射線衍射儀測(cè)試, 以驗(yàn)證其在礦物組成上的差異。2. 3電子自旋共振譜(ERS 實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證所選試樣熔煉過程中氧化

5、程度的差異, 即雜質(zhì)原子所處的價(jià)態(tài), 對(duì)所取試樣進(jìn)行了ERS 實(shí)驗(yàn)。ERS 實(shí)驗(yàn)可用來檢測(cè)和研究具有未成對(duì)電子的物國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目(96-522-02-07圖1試樣ERS 分析圖譜2. 4高溫性能測(cè)試試樣制備將所取試樣破粉碎進(jìn)行粒度分級(jí), 采用三級(jí)相同配比以紙漿作結(jié)合劑在壓力機(jī)下以200MPa 壓力制得36×50mm 試樣。成型后試樣經(jīng)干燥置于高溫倒焰窯同一位置于1780(工業(yè)生產(chǎn)窯溫 下燒成, 測(cè)試其物理指標(biāo)。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3. 1化學(xué)礦物組成差異X 射線衍射分析結(jié)果表明, 白剛玉與灰剛玉在化 18學(xué)礦物組成上有明顯的差異, 白剛玉中明顯含有<50°NaA

6、l 7O 11, 其在2、d >1. 738區(qū)域衍射圖譜與灰剛玉完全不同。化學(xué)成份分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)X 射線衍射分析結(jié)果, 即白剛玉中Na 2O 含量明顯高于灰剛玉。ERS 分析結(jié)果見圖1。圖1中g(shù) =14. 08,5. 075,4. 270,2. 004為Fe 3+的特征值;g =3. 482,1. 957,1. 463為T i 3+的特征值。由圖1可知, 灰剛玉中鐵、鈦等變價(jià)態(tài)金剛石與磨料磨具工程36×表250mm 樣塊物理性能試樣白剛玉灰剛玉氣孔率%吸水率%21186. 815. 54體積密度常溫耐壓荷重軟化強(qiáng)度MPa 溫度33. 143. 2598. 7121>

7、1700>1700由上述試驗(yàn)結(jié)果分析可見影響電熔剛玉高溫使用性能的主要因素是強(qiáng)熔劑的含量和雜質(zhì)離子存在狀態(tài), 長(zhǎng)弧氧化法工藝生產(chǎn)的白剛玉決定了其有較高的強(qiáng)熔劑含量, ; 還原法生產(chǎn)工藝有, 。從高溫使用性能來看, NaAl 7O 11的存在除玻璃熔窯上對(duì)使用壽命影響不大外,雜質(zhì)離子均處于低價(jià)態(tài), 灰剛玉的氧化程度遠(yuǎn)低于白剛玉。3. 2生產(chǎn)工藝影響, 保證熔塊的顏色, 其主要作用:一是減少電極向熔液當(dāng)中滲碳, 使電極炭素脫落材料在熔體表面可以充分氧化掉。二是保證熔煉在氧化氣氛中進(jìn)行, 使原料中雜質(zhì)離子以高價(jià)態(tài)存在, 減少雜質(zhì)離子的染色作用。雜質(zhì)離子的染色作用在相關(guān)文章中已得到充分證明2。灰

8、剛玉冶煉工藝主要采用還原法, 即電極處于熔體中, 熔煉過程是在還原氣氛下進(jìn)行, 雜質(zhì)離子處于低價(jià)態(tài),ERS 實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了兩者熔煉氣氛有較大差異。氧化法和還原法熔煉工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)。氧化法熔煉工藝相對(duì)電耗較大, 但熔塊中雜質(zhì)形成的玻璃相最低共熔點(diǎn)較高, 即Al 2O 3SiO 2Fe 2O 3三元系最低共熔點(diǎn)較Al 2O 3SiO 2FeO 三元系最低共熔點(diǎn)高3。在相同的熔煉溫度下, 還原法熔煉澆塊時(shí), 由于玻璃相粘度小, 流動(dòng)性好, 熔塊致密度比氧化法高, 氣孔率低?；覄傆耧@微結(jié)構(gòu)見圖2, 白剛玉由于致密度較差, 氣孔率偏高無法制得光片。由圖可見灰剛玉中-Al 2O 3m , 形成結(jié)構(gòu)中呈粒

9、狀等向晶, 晶粒尺寸為200400連續(xù)基質(zhì)相, 玻璃相分布較均勻, 晶體中晶粒間氣孔較少。在熔煉過程中, 長(zhǎng)弧氧化法其熔體溫度梯度與熔體中起強(qiáng)熔劑作用的B 2O 3、R 2O 揮發(fā)過程濃度梯度相反, 即熔體表面溫度高于內(nèi)部, 熔體中強(qiáng)熔劑內(nèi)部濃度高于外部, 而在還原法生產(chǎn)工藝中。熔體溫度梯度與強(qiáng)熔劑揮發(fā)過程濃度梯度相同, 故非常有利于B 2O 3、R 2O 的揮發(fā), 這也是為什么白剛玉中R 2O 含量高于灰剛玉的一個(gè)主要原因。3. 3性能差異所取試樣制得36×50mm 試塊, 實(shí)測(cè)樣品物理指標(biāo)見表2。在其它行業(yè)對(duì)抵抗高溫及其它成份侵蝕、對(duì)硬度有特殊要求者就顯得較為重要。圖2灰剛玉顯微

10、結(jié)構(gòu)4結(jié)論(1 生產(chǎn)工藝決定了白剛玉比灰剛玉具有較高的強(qiáng)熔劑含量, 灰剛玉鑄塊具有較高的致密性。(2 灰剛玉中Fe 、T i 雜質(zhì)離子是以低價(jià)態(tài)存在, 白剛玉中是以高價(jià)態(tài)存在。(3 無特殊要求情況下, 灰剛玉使用性能優(yōu)于白剛玉。白剛玉制品外觀形象不反映其內(nèi)在質(zhì)量。(下轉(zhuǎn)第22頁 22(2 添加CaC O 3制得的磨具強(qiáng)度高, 生成氣孔形狀M ay 19892Sheldon ,U. S. P 5, 203,8863R ounan Li , U. S. P 5, 472,461金剛石與磨料磨具工程多為球形, 分布均勻, 在允許的范圍內(nèi)隨加入量的增加氣孔尺寸增大;(3 石墨與CaC O 3的造孔機(jī)理

11、不同,CaC O 3的造孔效果比石墨好。參考文獻(xiàn)4陶瓷磨具制造(上 , 機(jī)械工業(yè)委員會(huì)機(jī)床工具工業(yè)局5Qi et al , U. S. P 5,863,308第一作者簡(jiǎn)介:張習(xí)敏, 女,1976年出生, 燕山大學(xué)在讀碩士研究生, 主要研究方向?yàn)槌膊牧?收稿日期:2002-08-111W illiam J Cassidy , User -friendly C BN grinding. T ooling &Production ,(上接第18頁Ohio :ic , 1975參考文獻(xiàn)1盛建新, 王存. , 第一作者簡(jiǎn)介:薛群虎, 男,48歲, 研究生, 西安建筑科技大學(xué)副教授, 無機(jī)材料研

12、究所所長(zhǎng), 一直從事無機(jī)非金屬材料教學(xué)與科研工作。(收稿日期:2002-07-20, 成都,19922薛群虎, 徐維忠. 熔鑄AZS 制品的顏色及玻璃相析出溫度, 耐火材料,1991,25(4 :199-2023Levin M E , Ernest M , M cmurdie H F , etc. Phase diagrams for ceram ists ,(編輯:王孝琪De Beers Industrial Diam onds 更名尊敬的客戶:戴比爾斯工業(yè)鉆石將會(huì)更改其品牌! 新的品牌名稱被選為“E lement Six 元素六”, 并將會(huì)于二零零二年十月一日起生效, 您可能會(huì)問這是什么原

13、因!世界每天都在改變, 這在我們的市場(chǎng)環(huán)境中也是絕對(duì)正確的。約在兩年前, 我們戴比爾斯工業(yè)鉆石亦意識(shí)到不能一成不變“, 擁抱”激變是我們唯一的選擇, 希望您已經(jīng)是在我們努力改進(jìn)下的得益者, 更迅速的開發(fā)周期能帶出更具創(chuàng)意的產(chǎn)品; 更快速的供應(yīng)鏈回應(yīng); 以及更重要的是, 成本的控制讓我們?cè)谥饕a(chǎn)品上領(lǐng)導(dǎo)價(jià)格而又能保持產(chǎn)品質(zhì)量。單是以上的原因已該建立一個(gè)與從前有所不同的品牌。第二個(gè)原因是“De Beers 戴比爾斯”的形象與我們市場(chǎng)發(fā)展越趨不一。在工業(yè)市場(chǎng)環(huán)境中爭(zhēng)逐低成本是主要?jiǎng)恿? 與高價(jià)值的首飾鉆石越趨難以共享同一品牌?！癉e Beers 戴比爾斯”與“LVMH 路易威登”合組公司后更突顯此情況“, De Beers 戴比爾斯”將會(huì)被用作首飾鉆石零售市場(chǎng)上的品牌。我們希望您會(huì)喜歡新的形象及名稱, 或許您可能需要一些時(shí)間