氧化鋯陶瓷顆粒增強鉬電極
1 前言
氧化鋯鉬電極是一種金屬氧化物固溶體材料,這種材料是由氧化鋯陶瓷和鉬金屬形成的金屬基陶瓷彌散增強復合材料,由于超細氧化鋯陶瓷粉末均勻彌散分布在鉬金屬晶粒間,限制了高溫下金屬的晶粒長(cháng)大,從而提高了鉬金屬的再結晶溫度,在高溫下具有很高的強度和很低蠕變率,稱(chēng)為ODS材料,此種鉬電極雖有多年的歷史,但來(lái)才真正用于玻璃制造工業(yè)。對于涉及腐蝕性很強的玻璃熔體的玻璃生產(chǎn)工藝,鉬中添加了少量氧化鋯(ZrO2),可強化純材料的特性。MoZrO2對玻璃熔體有極強的防腐性,與純鉬相比耐蠕變性也更強。MoZrO2的主要應用市場(chǎng)包括用于太陽(yáng)能行業(yè)及容器玻璃行業(yè)的玻璃生產(chǎn)。太陽(yáng)能玻璃生產(chǎn)工藝利用氧化銻等腐蝕性精煉劑。其會(huì )破壞純鉬的微粒結構,導致電極快速磨損和斷裂。MoZrO2能夠耐受這種腐蝕性環(huán)境。即使在棕色和綠色容器玻璃中,MoZrO2也能顯著(zhù)減少電極腐蝕。
2 試驗方法
試驗原材料為純度>99.95%鉬粉和氧化鋯粉(符合相關(guān)標準),形貌圖片如圖1(a)和(b)?;旌媳壤秊?9.5~95%鉬粉和0.5~5%氧化鋯粉(質(zhì)量百分比)。試驗工藝流程見(jiàn)圖1。將不同比例的兩種粉末進(jìn)行機械混合(包括成型劑等的添加),然后再在相同冷等靜壓壓力下壓制成型,后進(jìn)行燒結,樣品燒結后致密度為95%左右,化學(xué)成分如表1;待樣品進(jìn)行檢測結束后,對其進(jìn)行壓力加工以期獲得優(yōu)異的顯微組織和較高的致密度,本實(shí)驗采用的壓力加工方式為自由鍛造。樣品在鍛造前后均進(jìn)行金相和致密度檢測,對鍛造后樣品進(jìn)行力學(xué)性能測試,致密度檢測利用阿基米德原理,采用非帶阿基米德裝置的電子天平;金相檢測采用MA-100型尼康光學(xué)顯微鏡(其中金相樣品制備為:取樣-機械磨制-拋光-侵蝕等環(huán)節);力學(xué)性能測試采用WDW100型微機控制萬(wàn)能試驗機。
表1氧化鋯鉬電極化學(xué)成分(質(zhì)量分數,%)
Al | Ca |
Cu |
Fe |
Cr |
Ni |
Mg |
Si |
C |
N |
<0.0005 |
<0.0010 |
<0.0005 |
<0.0020 |
<0.0005 |
<0.0020 |
<0.0005 |
<0.0010 |
<0.0020 |
<0.0010 |
圖1氧化鋯鉬電極工藝流程
圖2鉬粉和氧化鋯粉末SEM
3.1燒結后顯微組織
本試驗所用原材料均為高純(純度均大于99.95%)粉末材料,故而在燒結后材料的純度肯定在99.95%以上,因為材料經(jīng)過(guò)高溫燒結,高溫燒結不僅僅是一個(gè)增加材料強度和致密性的過(guò)程,同時(shí)還是一個(gè)材料凈化過(guò)程(低熔點(diǎn)雜質(zhì)在高溫環(huán)境中揮發(fā))。本文僅顯示相對較好的一組添加比例氧化鋯的相關(guān)數據。圖3是一組燒結后氧化鋯鉬電極顯微組織圖片,其中圖3(a)和(b)分別是200倍和1000倍燒結后氧化鋯鉬電極顯微組織圖片。由圖3(a)可知,氧化鋯鉬電極燒結后顯微組織細小均勻,平均晶粒直徑為15μm,氧化鋯粒子均勻分布于晶界上;圖3(b)則清晰顯示氧化鋯粒子以小于5μm的球狀形態(tài)均勻分布于鉬晶界上。
圖3燒結后氧化鋯鉬電極顯微組織圖片
3.2鍛造后顯微組織圖片
圖4鍛造后氧化鋯鉬電極顯微組織圖片
3.3力學(xué)性能表2 同規格純鉬電極與氧化鋯鉬電極力學(xué)性能
|
抗拉強度/MPa |
屈服強度/MPa |
斷后伸長(cháng)率/% |
氧化鋯鉬電極 |
584 |
517 |
35.7 |
純鉬電極 |
536 |
459 |
29.1 |
美標標準 |
515 |
450 |
10 |