【摘 要】
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莫来石-碳化硅耐火材料因具有较高的荷重软化温度和良好的耐磨性而被广泛应用于水泥回转窑过渡带。随着新型干法水泥回转窑窑炉大型化、替代燃料的应用以及节能要求的提升,该材料也面临着新的挑战。从目前来看,耐火材料轻量化是其发展的重要方向。直接以多孔骨料替代致密骨料可以显著降低材料导热系数,但是,较高的气孔率对材料的力学性能和抗碱侵蚀性能产生不利影响。因此,开发力学性能和抗碱侵蚀性能优良的低导热莫来石-碳化
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莫来石-碳化硅耐火材料因具有较高的荷重软化温度和良好的耐磨性而被广泛应用于水泥回转窑过渡带。随着新型干法水泥回转窑窑炉大型化、替代燃料的应用以及节能要求的提升,该材料也面临着新的挑战。从目前来看,耐火材料轻量化是其发展的重要方向。直接以多孔骨料替代致密骨料可以显著降低材料导热系数,但是,较高的气孔率对材料的力学性能和抗碱侵蚀性能产生不利影响。因此,开发力学性能和抗碱侵蚀性能优良的低导热莫来石-碳化硅耐火材料,对水泥工业的技术进步具有重要意义。针对上述问题,本工作采用多孔莫来石替代均化矾土作为骨料,制备轻量化莫来石-碳化硅耐火材料,通过在多孔莫来石骨料表面引入玻璃陶瓷涂层对骨料与基质之间界面进行调控,以期实现轻量莫来石-碳化硅耐火材料力学性能和抗碱侵蚀性能的提升。首先,借助赛格尔公式设计玻璃陶瓷涂层,研究涂层与莫来石-碳化硅耐火材料中多孔莫来石骨料和基质间的相互作用机理;其次,采用涂覆玻璃陶瓷涂层的多孔莫来石骨料制备轻量莫来石-碳化硅耐火材料,并通过巴西劈裂实验和DIC技术研究玻璃陶瓷涂层对轻量莫来石-碳化硅材料力学性能的影响;最后,在模拟碱蒸气侵蚀条件下,研究轻量莫来石-碳化硅耐火材料的组成及显微结构的变化,揭示玻璃陶瓷涂层对轻量莫来石-碳化硅耐火材料抗碱侵蚀性能的影响。通过上述研究,得到以下主要结论:（1）Li2O-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷涂层的熔融温度与Al2O3/SiO2比值成正相关性,而添加ZrO2可以进一步提高熔融温度。110℃干燥后含ZrO2玻璃陶瓷涂层与多孔莫来石骨料之间具有良好的结合性,可以直接作为原料用于制备轻量莫来石-碳化硅耐火材料;经1500℃处理后,玻璃陶瓷涂层可以封闭多孔莫来石骨料表面大部分开口气孔。（2）采用涂覆玻璃陶瓷涂层的多孔莫来石骨料取代50 vol%的均化矾土骨料时,玻璃陶瓷涂层增强了骨料与基质间的陶瓷结合能力,阻碍了所制得莫来石-碳化硅耐火材料在断裂过程中裂纹沿骨料与基质界面扩展。与传统莫来石-碳化硅耐火材料相比,轻量莫来石-碳化硅耐火材料的耐压强度和拉伸强度分别提高了53.1%和42.1%。（3）采用均化矾土、多孔莫来石、涂覆玻璃陶瓷涂层的多孔莫来石作为骨料,莫来石-碳化硅耐火材料表现出不同的抗碱侵蚀性能。涂覆玻璃陶瓷涂层的多孔莫来石骨料与基质界面处形成的玻璃相阻碍了碱蒸气向材料内部渗入,同时通过吸收部分碱蒸气并形成液相,进一步保护多孔骨料免受碱侵蚀,从而使具有玻璃陶瓷涂层的轻量莫来石-碳化硅耐火材料表现出更为优异的抗碱侵蚀性能。
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