弹性模量应用

1、弹性模量在耐火材料中的应用（1） 耐火材料杨氏模量与温度的关系 在本次试验中，分别选用了杨氏模量在10200GPa范围内的耐火材料进行高温杨氏模量试验，结果如图1。图1 空气气氛下不同耐火材料杨氏模量与温度的关系图1显示，随着温度的升高，不同材质的试样均有不同程度的变化，如碳化硅质制品、刚玉浇注料均随温度的升高而降低，但降低幅度有所不同。原因在于氮化硅结合碳化硅制品中氮化硅基质热膨胀系数为2.75×10-6/、碳化硅骨料为4.7×10-7/，基质与颗粒之间存在很少热应力失配裂纹，故在升温过程中模量变化较小，但1300后由于空气的氧化导致了加速了模量的降低；刚玉质浇注料由于硅

2、灰、水泥的加入形成CaO-Al2O3-SiO2体系，随温度的升高出现弹塑性变化，导致模量的逐渐降低；高铝砖、刚玉-莫来石制品则随温度的升高而升高，原因在于颗粒和基质之间的热应力失配导致的微裂纹的存在，使模量随温度升高而升高，当升至一定温度后裂纹完全弥合使得模量增加缓和。（2） 高温杨氏模量与抗折强度的研究本次试验对刚玉-莫来石制品的高温杨氏模量及高温抗折强度进行了测试，其结果如图2、图3，其中升温速度为5/min，降温过程为自然降温。图中显示，在升温过程中，材料的杨氏模量和抗折强度先缓慢增加，1000后明显增加；自然降温过程中模量和强度增大，到一定温度后，杨氏模量和抗折强度均大幅降低。刚玉-莫

3、来石为典型的复合材料存在热失配，在冷却状态下材料中存在较多的失配裂纹，随着温度的升高，骨料与基质间的微裂纹逐渐弥合，材料表现为强度和模量升高，从图5可以看出当温度高于1400时弹性模量有下降的趋势，这是由于1400材料中产生少量玻璃相导致材料的塑性增强，模量随之下降。自然冷却开始时，材料的模量与强度均有较高幅度的提高，这是由于冷却时表面温度低，试样内部温度高，试样中心部位表现为压应力，整体表现为处于受压缩状态，这种变化显然是由于热应力6导致的。从升温与降温过程的数据对比来看，弹性模量与强度数据能够实现较高的线性对应。 图2 刚玉-莫来石制品杨氏模量与温度的关系 图3 刚玉-莫来石制品抗折强度与

4、温度的关系（3） 材料烧结过程的分析判断1 对中钢洛耐院刚玉-莫来石坯体进行烧结过程模量测试，测试结果图4所示。图4显示，随温度的升高，材料烧结过程中模量出现先增加，后降低，1200出现降低趋势。分析器原因主要是：800以下主要是结合剂的排出过程，随着结合剂排出，材料的临时结合强度下降；在第二阶段，以硅微粉和粘土为主导的烧结过程出现，表现的为材料的致密化；第三阶段温度高于1200时氧化铝与硅微粉的的莫来石化反应开始，莫来石化是膨胀反应，模量随之下降。因该曲线能够充分揭示刚玉-莫来石材料先烧结后莫来石化的过程。图4 刚玉莫来石棚板烧结过程中的弹性模量与温度测试结果（4） 弹性模量与热震性的关系图

5、5为常温下不同添加剂含量的刚玉质浇注料在1100后水冷情况下杨氏模量保持率与热震次数的关系。图中所示，第一次热震杨氏模量保持率急剧下降，随着热震次数的增加，保持率的变化趋向缓和。原因在于刚玉质浇注料的热震性较差，第一次水冷热震后，材料内部将产生大量的微裂纹，导致杨氏模量的急剧降低，随着热震次数的增加，裂纹的产生或者扩展将逐渐减缓，从而使模量的保持率逐步减缓。另外，添加剂的含量对其杨氏模量的保持率影响不尽相同，可以改善模量的降低。添加剂含量的变化对材料杨氏模量的影响程度不同，过多或过少的添加剂对材料的杨氏模量保持率影响不同，其中10%的添加剂含量材料杨氏模量保持率影响较小。图5 刚玉浇注料的杨氏

6、模量与热震次数的关系（4） 材料内部缺陷的评价耐火制品在配料、成型或烧结过程中，由于控制不当可能使制品产生缺陷，或发生层裂现象。本次试验主要对刚玉-莫来石制品内部均质性进行了初步判断，如图6所示。 （a） 均质试样 （b）非均质试样图6 均质和非均质材料的频谱和切面图图6中的频谱图显示，在测试过程中多数试样均为主单峰显示，而有少数会出现多个波峰。分别将具有单峰或多个波峰的试样沿厚度方向切开，如图6切面图所示。波峰单一的试样切面结构均匀，而出现多个波峰的试样切面有明显的裂纹和层裂，原因在于当激振试样表面时，在试样内产生应力波，当该应力波在试样内遇到波阻抗差异界面2即试样内部缺陷或试样另一表面时，将产生反射波，接收这种反射波并进行快速傅里叶变换（FFT）可得到其频谱图，频谱图上突出的峰值就是应力波在试样内部缺陷或试