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摘 要

陶瓷因具有高硬度、高强度、高熔点等优点而备受人们的青睐，尤其在高温工程领域有着广泛的应用，如高温窑具、高温过滤器等。随着现代加工工艺要求的不断提高，对陶瓷材料的高温力学性能要求也越来越高。挤压蠕变是陶瓷材料在高温环境下主要的破坏方式，很大程度上决定材料的工作温度和使用寿命，因而陶瓷材料的蠕变性评价方法显得尤为重要。现有的蠕变性评价方法存在一定局限性，如特定的装置和操作要求，周期过长，不符合实际推板受力情况等。因此，目前并没有一种简单易于操作的评价陶瓷材料挤压蠕变性的评价方法。

本课题首先围绕如何建立一种有效评价陶瓷挤压蠕变性的方法而展开。以应用较为广泛的刚玉-莫来石材料为基础研究材料，初步建立一种定量评价陶瓷材料压缩蠕变性的试验方法，并提出了蠕变性评价公式。此外根据蠕变性评价公式，进一步研究测试参数、烧成制度、高岭土、粗板状刚玉和硅溶胶对材料蠕变性的影响。

关键词：陶瓷材料 抗蠕变性 刚玉-莫来石 高岭土 板状刚玉

Study on the evaluation method of

high temperature creep resistance of ceramic materials

Abstract

Ceramics have been widely used in the high temperature fields, such as kiln furniture, filter for hot gases and molten metals, engine, because of their excellent properties including high strength, high hardness, high melting point and others. With the higher modern processing requirements, mechanical properties of materials at high temperature are of great interest. Extrusion creep is main form of damage to the ceramics at high temperature, which determines their operating temperature and life-time to a large extent, and that makes the method for creep evaluation of ceramics extraordinarily important. The current method for creep evaluation has some limitations, such as specific device, operating requirements and long time cycle for testing. Meanwhile, the method is only limited to creep in compression of materials. Therefore, there is not a simple and easy method to evaluate the extrusion creep of ceramic materials.

This paper is constructed for establishing an efficient method for extrusion creep evaluation of ceramics with a quantitative value. To apply more widely corundum - mullite materials based on research material, initially established a quantitative evaluation of ceramic materials Test Method for Compressive creep and creep proposed evaluation formula. Also according to creep evaluation formula, further research and testing parameters, firing system, kaolin, tabular alumina and silica sol affect crude material creep resistance.

Key Words: Ceramic materials; Creep resistance; Corundum-mullite; Kaolin; Tabular alumina

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

第二章 文献综述 3

2.1 蠕变机理 3

2.2 蠕变曲线 7

2.3 蠕变理论 9

2.4 陶瓷材料高温蠕变的影响因素 11

2.5 陶瓷材料高温蠕变的评价方法 14

2.6 本课题的研究目的、意义及主要内容 16

第三章 实验部分 18

3.1 实验原料 18

3.2 实验仪器 19

3.3 阿基米德悬浮法 19

3.4 实验流程图 20

第四章 实验结果 21

4.1 高岭土对刚玉-莫来石烧结性能的影响 21

4.2 粗板状刚玉对刚玉-莫来石烧结性能的影响 23

4.3 硅溶胶对刚玉-莫来石烧结性能的影响 25

第五章 结 论 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 引 言

陶瓷材料以其高硬度、高熔点、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等优点被广泛应用于硅酸盐、动力、航空等工业领域^[1]。高温蠕变性是高温环境下陶瓷材料可靠性和使用寿命的主要影响因素之一^[2]，它对陶瓷材料或高温结构构件蠕变性能的评价研究具有重要意义。其中，高温蠕变性是指高温下材料由于自身重力或其它外应力的作用，形变随时间的延长而增加的现象^[3]，最早发现于金属材料^[4]，在陶瓷、塑料等领域也有广泛应用。材料的蠕变性与塑性形变不同，塑性形变通常在应力超过弹性极限之后才出现，而只要有足够的应力作用时间，在应力小于弹性极限时均会发生不同程度的蠕变行为^[3]。

目前，研究陶瓷材料的蠕变形变主要在高温长时间恒定应力下进行测定，有关蠕变及机理的理论解释有许多，其中以Coble蠕变和Nabarro-Herring蠕变为其主要代表。另一方面，此前对材料蠕变性的评价主要参考国际标准压蠕变测试方法(ISO 3187: 1989)，由于该方法有一定的局限性，使用条件过于苛刻，且对于推板而言，实际水平受力与测试中垂直受力不符，因此需引入另一种简单易于操作且符合实际的评价陶瓷材料高温蠕变性的方法。

国家标准GB/T5073-2005规定了耐火制品压蠕变的试验方法。其原理是，一定压力下，以固定的升温速率，加热规定尺寸的试样，在指定的试验温度下保温，记录试样随着时间变化而产生的高度方向上的变形量以及相对于式样原始高度的变化百分率。而抗蠕变性是指材料抵抗这种高温塑性形变的能力。

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