耐热陶瓷的组成对其热疲劳性能的影响研究开题报告

全文总字数：4241字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着我国矿物加工和陶瓷工业的发展，冶炼及其他热工设备对耐热震陶瓷材料的质量要求不断提高。陶瓷材料具有耐高温，耐磨损，耐腐蚀等优良性能，是较为理想的高温结构材料。但传统的耐热陶瓷由于热膨胀系数较大，抗热震性能较差等缺点，无法在冷热冲击的环境下长期作业。因此，如何制备具有良好抗热疲劳性能的陶瓷材料。成为科研人员开发新材料时面临的一个重要的研究课题。

抗热震性是指材料承受温度聚变的能力，是材料力学性能和热学性能对受热条件的综合反应。单相的耐热陶瓷材料因其成分单一，在性质上存在着明显的不足。如刚玉材料烧结体的热膨胀系数大，抗热震性能差等缺点。陶瓷材料的热震破坏可分为热冲击作用下的瞬时断裂和热冲击循环作用下的开裂、剥落直至整体破坏两类。由于陶瓷材料热震破坏方式的不同,目前被广泛采用的抗热震评价理论有两种:一种是以弹性力学为基础的临界应力断裂理论;一种是以断裂力学为基础的热震损伤理论。材料的抗热震性与材料的各种物理性能密切相关。对于组成已经确定的耐热陶瓷材料，其物理性能虽已确定,但我们仍然可以根据所选材质的具体特点.通过工艺过程的优化调整控制来提高材料的抗热震性能。基于热冲击断裂损伤理论,改善陶瓷材料抗热冲击性,主要是增加材料的断裂能和热传导能力，降低材料的弹性模量和热膨胀系数。这可以通过引进第二相，形成复相陶瓷，降低陶瓷材料的热膨胀系数，从而改善材料的抗热冲击性。例如，在氧化物陶瓷材料中，添加提高热导率、降低热膨胀系数的组元，将有利于提高陶瓷的抗热震性。因此,在al₂o₃陶瓷中添加董青石、莫来石、钛酸铝、锂辉石、透理长石、锂霞石等可获得具有较低线胀系数的复合材料,从而有效提高氧化铝陶瓷的抗热震性。

目前，国内外已有一些关于改善耐热陶瓷热疲劳性能的报道。如李婷婷等以al₂o₃.sio₂.li₂co₃和zro₂为原料，在1325~1400 °c的烧结温度范围内皆可获以β-锂辉石主晶相为主的具有较好抗热疲劳性能的锂辉石陶瓷；蔡小兰等使用价格较低的透离长石代替锂辉石为原料，加上高岭土，石英在1260°c烧成温度下制备出热膨胀系数较低，抗热震性较好的透锂长石低膨胀陶瓷；程本军等发现制备抗热疲劳性能的刚玉－莫来石复相陶瓷的最佳工艺条件为:氧化铝微粉11% ,硅微粉3% .烧成温度1650c；吴建锋等以α- al₂o₃部分稳定氧化锆（psz)(y₂o₃ 5.2%)、红柱石。董青石、滑石为原料，制备了太阳能储热用al₂o₃-zro₂复相储热陶瓷，结果表明董青石、psz和红柱石均可提高样品的抗热震性能；frank l等发现在重镁砂中加入中位粒径为3，11和22mm的尖晶石粉末，可以提高重镁砂的抗热震性能；qiang gu等发现纳米级的tio₂，zro₂和al₂o₃颗粒有助于提高相对低温下的耐火材料的致密化和烧结性能，提高镁基耐火材料的热振稳定性。

2. 研究的基本内容与方案

(1)了解影响材料热震稳定性的主要因素：查询国内与课题相关的研究技术资

料，理解耐火材料热震破坏原理和抗热震评价理论，了解耐火材料的基本性能及要求和材料抗热震性的因素，并分析国内外研究现状和未来发展方向。

(2)研究组成对不同基体的耐热复相陶瓷性能的影响：通过阅读国内外相关文献，对不同基体的耐热复相陶瓷性能进行系统分析并比较，以研究组成对耐热复相陶瓷性能的影响。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文文献的翻译。明确研究内容，了解

研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，完成开题报告。

第3-6周：根据课题研究的任务和目标，设计技术路线和试验方案。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]文圆,黄惠宁,张国涛,黄辛辰杨景琪戴永刚.陶瓷材料抗热震性的研究进展[j].佛山陶瓷，2018, 28(12):1-7.

[2]赵浩与李海舰，低热膨胀钛酸铝陶瓷的制备及应用现状.陶瓷，2005, 7: 30-33.

[3] cemail aksel, brian rand, frank l riley, paul d. warren. thermal shock behaviour of magnesia- spinel compcopean ceramic society,2003,24(9).