【摘 要】
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因具有耐高温、抗渣性好等优点,刚玉-尖晶石浇注料广泛用于钢包内衬、RH浸渍管以及透气砖等关键部位,但该浇注料存在脆性大、热震稳定性差等不足有待克服。提高刚玉-尖晶石浇注料的韧性,使其呈非线性断裂是解决该难题的重要途径。为此,课题提出了引入ZrO2并利用ZrO2相变增韧来实现浇注料韧性断裂的研究设想。为探明ZrO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料断裂行为的影响,以电熔锆刚玉骨料（0-1mm）作为ZrO2的
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51972099,51402089）；
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因具有耐高温、抗渣性好等优点,刚玉-尖晶石浇注料广泛用于钢包内衬、RH浸渍管以及透气砖等关键部位,但该浇注料存在脆性大、热震稳定性差等不足有待克服。提高刚玉-尖晶石浇注料的韧性,使其呈非线性断裂是解决该难题的重要途径。为此,课题提出了引入ZrO2并利用ZrO2相变增韧来实现浇注料韧性断裂的研究设想。为探明ZrO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料断裂行为的影响,以电熔锆刚玉骨料（0-1mm）作为ZrO2的来源,制备了不同电熔锆刚玉含量的刚玉-尖晶石浇注料。采用楔形劈裂法系统研究了电熔锆刚玉骨料加入量对刚玉-尖晶石浇注料在单一机械应力、热应力-机械应力耦合作用下断裂行为的影响规律;借助数字图像相关技术、断裂图像分析法等研究手段系统研究了试样兴趣区的裂纹萌生和扩展过程、裂纹扩展路径,揭示了刚玉-尖晶石浇注料断裂机理;探明了非线性断裂行为与热震稳定性的相关性。结果发现:1.在单一应力作用下,随着锆刚玉加入量的增加,刚玉-尖晶石浇注料的断裂行为由典型的脆性断裂逐渐变为韧性断裂。当锆刚玉加入量从0%增加至10%时,特征长度Lch从48.2mm提高至270.8mm,提高了461%,韧性参数GF/σNT从6.2μm提高至28.4μm,提高了358%。2.与不添加锆刚玉的浇注料相比,添加锆刚玉后的浇注料存在明显的断裂过程区,在断裂过程中主裂纹的周围出现明显的裂纹分叉等现象,裂纹扩展路径更加曲折,试样的断裂损伤面积更大;导致断裂过程中的耗散能增大,抗裂纹扩展的能力增强。添加锆刚玉后浇注料韧性改善的机理为二氧化锆发生马氏体相变时伴随的体积效应所产生的微裂纹增韧。3.添加锆刚玉可以显著改善刚玉-尖晶石浇注料的热震稳定性,试样的残余强度保持率由21%提高到39.02%,热震稳定性参数R’’’’由24mm增加到132.4mm。韧性参数GF/σNT与残余强度保持率Ra/Rb的变化趋势相似,相关系数为0.94。提高耐火材料的韧性同时可以提高其热震稳定性。为探明ZrO2引入方式对刚玉-尖晶石浇注料断裂行为的影响,保持ZrO2加入量不变,分别以电熔锆刚玉骨料、电熔锆刚玉细粉、m-ZrO2细粉及Y-ZrO2细粉的形式引入ZrO2,系统研究了ZrO2引入方式对刚玉-尖晶石浇注料断裂行为的影响。结果发现:ZrO2以电熔锆刚玉骨料（0-1mm）的形式引入时浇注料的韧性及热震稳定性改善最明显,其次为电熔锆刚玉细粉和m-ZrO2细粉;以Y2O3稳定ZrO2细粉的形式引入时浇注料的韧性和热震稳定性并未得到改善。综合考虑,在刚玉-尖晶石浇注料中以电熔锆刚玉颗粒（0-1mm）的形式引入ZrO2对韧性及热震稳定性的改善效果最佳,加入量为8wt%。所得结果为刚玉-尖晶石浇注料韧性断裂的结构设计和热震稳定性的改善提供理论依据和技术参考。
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