熔融石英陶瓷的等静压成型及烧结工艺研究

论文摘要

随着国民经济的迅速发展,国内对冷轧板和热轧板的需求正快速增加。国产钢板往往由于表面质量较低,受到压级压价。炉底辊是热轧及冷轧工艺中热处理连续退火炉的传送设备,也是关键设备。炉底辊的表面质量直接影响到钢板的表面质量。开发国产的优质炉底辊不仅可以提高国产钢板的质量,生产炉底辊还具有显著的经济效益。炉底辊表面结瘤一直是困扰着钢板生产厂家,为改善炉底辊表面质量,提高使用效率,钢厂先后使用过金属棍、石墨碳套辊、各种涂层炉底辊,近年来国外钢厂开始使用石英陶瓷辊,使用效果良好,并得到推广。国内的石英陶瓷辊技术还不成熟。熔融石英陶瓷具有热膨胀系数小,高温蠕变小,导热系数低,接触热阻大,热稳定性和耐“老化”性能好,耐化学腐蚀等优良的特性;然而熔融石英一旦析晶,就会破坏其优良的热稳定性及其他性能。如何得到烧结致密而又未晶化的熔融石英陶瓷制品被引起广泛关注。本文通过XRD、SEM等分析手段,重点研究了采用冷等静压成型熔融石英陶瓷坯体,在常压空气气氛下,粉体粒径、等静压成型工艺、烧结工艺、添加剂等因素对熔融石英成型、烧结及其晶化的影响。研究表明:中径5微米和48微米的粉体级配对本课题的意义不大。随细颗粒粉体含量的增加,松装密度和振实密度都减小,等静压成型坯体的密度也减小。但由于细颗粒能显著促进烧结,随细颗粒含量的增加,烧结后样品的体积密度变化不大,而收缩率显著提高,烧结更致密。对于本课题而言,相对于粉体尺寸分布对成型工艺的影响,粉体尺寸大小对烧结的影响更大,是影响熔融石英陶瓷制品的主要因素。因此在合理的经济成本下宜选用较小颗粒尺寸的石英原料。提高等静压成型压力,有助于提高坯体的体积密度,增加坯体的强度;有助于促进烧结,提高烧结后熔融石英的致密度、体积密度、抗弯强度,降低气孔率。但提高等静压成型压力会增加弹性后效,本实验研究发现当压力在80~160MPa之间时弹性后效变化不明显;当压力在160~250MPa之间时,随压力增加回弹量显著增大。当等静压成型压力为160MPa时及能保证样品的致密度和体积密度,又能保证较小的弹性后效,制品具有最优的综合性能。在氧气气氛下,添加硼酸能促进烧结,但也显著促进晶化,当硼酸添加量为0.5wt%时,结晶度最小,但也达到3.76%,因此不可取。惰性气氛或者还原性气氛下,添加硼酸对熔融石英析晶的影响有待进一步研究。在氧气气氛下,添加硅溶胶能明显促进烧结,但也促进晶化。由于微晶结构具有比非晶结构更优越的使用性能,比如更高的机械强度,当硅溶胶添加量不超过6wt%,在1200℃保温4h的样品仅微量晶化,晶粒尺寸在纳米级内,而且已经烧结致密化,具有最优综合性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 钢厂热处理用炉底辊发展概况
• 1.3 熔融石英陶瓷介绍
• 1.4 等静压成形工艺介绍
• 1.5 烧结工艺介绍
• 1.6 本课题的研究内容及方案
• 2 粉体尺寸大小及分布对成型及烧结的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验
• 2.3 实验结果及分析
• 2.4 讨论
• 2.5 本章小结
• 3 等静压成形工艺制度研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3.3 实验结果及分析
• 3.4 讨论
• 3.5 本章小结
• 4 熔融石英烧结工艺研究
• 4.1 前言
• 4.2 试验
• 4.3 试验结果及分析
• 4.4 讨论
• 4.5 本章小结
• 5 硼酸对熔融石英烧结及其晶化的影响
• 5.1 前言
• 5.2 实验
• 5.3 结果及分析
• 5.4 讨论
• 5.5 本章小结
• 6 硅溶胶对熔融石英烧结及其晶化的影响
• 6.1 前言
• 6.2 实验过程
• 6.3 试验结果及分析
• 6.4 讨论
• 6.5 本章小结
• 7 全文总结
• 致谢
• 参考文献