刚玉砖的常温抗压强度非常高,但高温抗压强度会显著下降。下面为您详细解释。
指在室温下,单位面积的刚玉砖试样所能承受的最大压力而不被破坏的极限能力。
典型数值范围:
普通烧结刚玉砖:通常≥70MPa(兆帕),很多产品可达100MPa以上。
再结合刚玉砖:可达80-150MPa。
电熔刚玉砖:由于其致密的微观结构,强度可能更高,甚至超过150MPa。
为什么这么高?
刚玉(α-Al₂O₃)本身是离子键和共价键混合的强键合矿物,硬度高(莫氏硬度9)。
通过高温烧结或电熔,形成了由刚玉晶粒直接结合构成的坚固网络结构,孔隙率相对较低。
运输和施工:足够高的常温强度保证砖体在搬运、砌筑过程中不易破损。
常温承载:确保窑炉在常温状态下结构稳定,能够承受上部砌体的压力。
指在指定的高温条件下(如1400℃,1500℃,1600℃),测得的耐压强度。它更能反映材料在真实使用环境下的性能。
典型数值范围与变化趋势:
高温抗压强度远低于常温抗压强度。
在1000℃-1200℃时,强度可能下降到常温强度的50%-70%。
在1400℃-1500℃时,强度可能仅为常温强度的30%-50%。
为什么会下降?
晶界软化:高温下,耐火材料中的晶界(晶粒与晶粒之间的边界)是薄弱环节。一些低熔点的玻璃相或杂质在晶界处开始软化或熔化,削弱了晶粒间的结合力。
塑性变形:在极高温度下,晶体本身也会产生滑移等塑性变形,抵抗外力的能力下降。
热应力:材料内部不同物相的热膨胀系数差异可能导致微裂纹的产生和扩展。
在讨论高温强度时,一个更常用、更重要的指标是“荷重软化温度”。
在规定载荷(通常为0.2MPa)下,试样发生一定变形量(如0.6%的压缩量,即T0.6)时的温度。
对于刚玉砖:由于其纯度高、结晶程度好、直接结合率高,其荷重软化温度非常高,通常高于1700℃,甚至可达1800℃以上。
这表示在达到这个温度之前,刚玉砖在承受一定载荷时几乎不会发生软化变形,能保持结构稳定性。这是刚玉砖适用于超高温窑炉的关键原因。
| 性能指标 | 常温耐压强度 | 高温抗压强度 | 荷重软化温度 (T0.6) |
|---|---|---|---|
| 测试条件 | 室温 | 指定高温(如1400℃, 1500℃) | 0.2MPa载荷下,从室温升至变形温度 |
| 典型数值 | 很高 (≥70MPa) | 显著降低 (常溫的30%-50%) | 极高 (>1700℃) |
| 影响因素 | 原料纯度、颗粒级配、烧结致密度 | 晶界相性质、高温下的塑性 | 主晶相性质、晶间结合相熔点 |
| 实际意义 | 保证运输、施工和常温结构强度 | 反映高温使用时的承载能力 | 衡量在载荷下抵抗高温变形的能力,是高温结构稳定性的关键指标 |
选择依据:在选择刚玉砖时,不能只看其常温强度,更要关注其荷重软化温度和高温蠕变性能(在恒温恒载下,变形随时间增长的能力)。
并非越高越好:过高的常温强度有时意味着砖坯过硬,抗热震性(抵抗温度急剧变化而不开裂的能力)可能会变差。需要在强度、抗热震性和抗侵蚀性之间取得平衡。
纯度是关键:刚玉砖的Al₂O₃含量越高,杂质越少,其高温性能(包括高温强度和荷重软化温度)通常越好。
综述:刚玉砖以其极高的常温强度和超高的荷重软化温度而著称,但其在极限使用温度下的瞬时高温抗压强度会比常温强度有显著下降。这正是需要通过配方和工艺优化来克服的关键问题。