Zro2-Y2o3 İlaveli Mgo-Mga^ kompozit refrakterlerin mekanik özelliklerinin ve mikroyapısal karakteristiklerinin incelenmesi

Abstract

MgO’e spinel partikülleri ilavesi, refrakterlerin ısıl şok direncini ve dolayısıyla kullanım ömrünü arttırmaktadır. Buna rağmen, MgO-spinel refrakterlerin mekanik özellikleri oldukça düşüktür. Bu nedenle bu çalışmada MgO-spinel kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirebilmek için, değişik oranlarda spinel ve ZrO2-Y2O3 ilavesinin etkileri incelenmiştir. Mekanik özellikler ile mikroyapısal değişimler arasındaki ilişkiler detaylı olarak araştırılmıştır. MgO-spinel kompozitlere ZrO2-Y2O3 partiküllerinin ilavesiyle mekanik özellikler önemli ölçüde yükselmiştir. MgO-Spinel-(ZrO2-Y2O3) kompozit refrakter malzemelerin mekanik özelliklerini arttıran önemli parametreler: i) yapıda oluşan mikroçatlakların katkı tanelerinin üzerine geldiğinde birbirlerine bir ağ şeklinde bağlanarak dallanması, sapması veya gözeneğe ulaştığında durması, ii) kırılma tipinin artan katkı miktarıyla tane- içi kırılmadan taneler-arası kırılmaya doğru dönüşme eğilimi göstermesi, iii) kristal tane boyutunun MgO’e göre artan katkı miktarıyla önemli ölçüde azalması, iv) yoğunluk değerlerinin ve kritik çatlak boyutunun da artan katkı miktarıyla yükselmesi olarak belirlenmiştir. ZrO2-Y2O3 ilaveli malzemelerin ısıl şok direncinde önemli miktarda artış olduğu ve dolayısıyla bu malzemelerin yüksek sıcaklık uygulamalarında daha uzun kullanım ömrüne sahip olacağı ısıl şok parametresi Rst ile tespit edilmiştir.

The incorporation of spinel particles into MgO improves thermal shock resistance and thereby service life of refractories. However, mechanical properties of MgO-spinel refractories are quite low. Therefore, the effect of spinel and ZrO2-Y2O3 additions at different ratios has been examined to improve mechanical properties of MgO-spinel composites in this work. The relationships between mechanical properties and microstructural variables have been investigated in detail. The inclusion of ZrO2-Y2O3 particles into MgO-spinel composites increased the mechanical properties significantly. The important parameters improving the mechanical properties of MgO-Spinel-(ZrO2-Y2O3) composite refractory materials have been determined as follows: i) as the microcracks formed in the structure come across either with the additives or pores; crack branching and deviation of interlinking microcrack network or crack arresting occur, ii) the trend of fracture type has been converted from transgranular to intergranular fracture with increasing amount of additives, iii) as the additive content increases, grain size of MgO decreases significantly, as compared to pure MgO material, iv) the density values and critical crack length increase with increasing amount of additives. Thermal shock parameter Rst has determined that the materials incorporated ZrO2-Y2O3 show a marked increase in thermal shock resistance and thus they will show a long-life performance in service for high temperature applications.