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耐火纤维增强材料的抗热震性能

发布日期： 2017-10-24 00:00:00 阅读量（378）作者：

耐火纤维作为添加料，可以改善常规的耐火材料使用性能。在耐火材料和高密度陶瓷材料中，加入耐火纤维改善了基体材料的韧性，也可以说提高了硅酸铝质耐火材料的抗热震性。引入一定数量和长径比适宜的短耐火纤维，可在耐火材料基体内形成大量微裂纹，微裂纹增韧则是耐火纤维埔强耐火材料抗热震性的主要机理之一。

在最开始时，国内及国外采用纤维增韧陶瓷材料，主要是基点放在了价格比较昂贵的SiC和Si3N4纤维上，在高温下这些纤维易氧化，氧化铝耐火纤维的引入解决了高温氧化。

耐火纤维增强陶瓷基的复合材料是一种具有高强度、高抗热震性、高抗氧化性，耐高温以及耐磨损的新材料。为了达到耐火纤维增强的目的，耐火纤维与基体材料必须满足两个条件：第―，纤维的弹性系数必须高于陶瓷基的弹性模数;第二，纤维与基体之间必须是相容的。由于这两个基本条件的限制，只有耐火纤维与陶瓷基的耐火材料相匹配。表1是耐火纤维的加入量对耐火材料强度及抗热震性的影响，表2是耐火纤维的加入量对耐火材料热导率及体积密度的影响。

表1 耐火纤维的加入量对耐火材料强度及抗热震性的影响

耐火纤维的加入量对耐火材料强度及抗热震性的影响

从表1可以看出，随着纤维加入量的增多，强度略有上升，但当纤维加入量达到12%时，强度则表现下降趋势，残余强度保持率出现上升趋势。耐火纤维的加入对抗热震性的影响比较显著，但引入较多的纤维，将会影响耐火材料中的骨料颗粒与基材料的结合性，所以耐火纤维加入量控制在8%左右，可达到较好的增强增韧作用。

表2 耐火纤维的加入量对耐火材料热导率及体积密度的影响

从表2可以看出，随着耐火纤维的加入量增多，耐火材料制品的体积密度降低，热导率减少更为明显。当耐火纤维加入量为12%时，制品的体积密度降低了8%，热导率却减少了61.7%。这说明通过加入耐火纤维来提高材料的绝热性，降低热导率也是一种行之有效的方法。

选择耐火纤维加入量为0%和8%两组试样，热震温差分别为200℃、400℃、600℃、800℃和1000℃。试样为小方块，尺寸为30mm×30mm×5mm，用光学显微镜观察裂纹形成及扩展情况。

从图1可以看出，不加耐火纤维试样在△T=400℃时，强度下降较多，之后随着温差加大，强度呈现较快的下降趋势，当△T=1000℃时，强度仅有3MPa左右，可以确定该试样的临界温差△T≤400℃。添加8%耐火纤维的试样强度是逐渐下降的，没有出现强度突然下降，可以断定该试样的临界温差△T≥600℃。

图1 不同热震温差处理后试样的抗折强度

通过显微镜观察试样裂纹发现，不加耐火纤维试样在△T = 400℃时出现小于1mm细小裂纹;当△T= 600℃时，裂纹从1mm 扩展至3mmi,随着温差加大，裂纹继续伸长;到△T= 1000℃时，裂纹己扩展到15mm长，且裂纹沿纵深走向发展。在△T= 1000℃时，加入8%耐火纤维试样，裂纹出现的热震温差是在800℃。随着热震次数增加，热震温差的加大，裂纹扩展的速度极慢，经过5次△T =1000℃的热震后，裂纹仅扩展1mm，而且裂纹的延伸方向是弯曲的，是遇到了耐火纤维后，裂纹扩展受阻绕道延伸的结果。