趙龍江 楊威 徐劍 王答成 徐莉華

（彩虹顯示器件股份有限公司 咸陽(yáng) 712000）

0 引言

電熔高鋯磚作為基板玻璃氣電混合窯爐池壁及池底的主流應(yīng)用材料，隨著高世代基板玻璃引出量增大，流速增大對(duì)池壁及池底的沖刷作用加劇，因此窯爐電熔高鋯磚在玻璃熔化過(guò)程中不可避免地受到高溫玻璃液的侵蝕及窯爐各種電化學(xué)氣氛的侵蝕，造成窯爐壽命降低［1-3］，所以研究窯爐用電熔高鋯磚的關(guān)鍵性能指標(biāo)如熱膨脹性能、體積電阻率、抗玻璃液侵蝕性能及發(fā)泡性能，對(duì)窯爐升溫過(guò)程的膨脹管理，延長(zhǎng)窯爐壽命及電熔高鋯磚的選材、工藝制定方面都有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

本文通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程，對(duì)兩種不同型號(hào)電熔高鋯磚熱膨脹率、體積電阻率、抗玻璃液侵蝕及發(fā)泡等關(guān)鍵性能進(jìn)行測(cè)試對(duì)比研究，選出性能最優(yōu)的電熔高鋯磚材料為產(chǎn)線窯爐的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

1 關(guān)鍵性能研究

1.1 熱膨脹率

將A和B兩種電熔高鋯磚材料加工為矩形結(jié)構(gòu)，測(cè)量初始狀態(tài)下樣品的尺寸，從常溫以6 ℃/min升溫至1600 ℃，升溫過(guò)程每間隔100 ℃測(cè)量一次樣品尺寸，計(jì)算不同溫度下樣品體積和體積膨脹率：

式中：PV——材料體積膨脹率；

V0——材料在室溫下體積；

Vt——材料加熱至試驗(yàn)溫度t時(shí)的體積；

Ak（t）——當(dāng)溫度為t時(shí)，儀器的校正值。

不同溫度下的體積膨脹率如圖1所示。

圖1 兩種電熔高鋯磚材料膨脹率對(duì)比

從圖1可知，兩種材料在1100 ℃以前體積膨脹率均呈上升趨勢(shì)，高點(diǎn)達(dá)0.7%左右，在1100 ℃以后A材料體積收縮拐點(diǎn)首先出現(xiàn)，在1200 ℃達(dá)低點(diǎn)0.22%，B材料在約1240 ℃體積收縮率達(dá)低點(diǎn)，約0.08%，通過(guò)測(cè)試對(duì)比，兩種電熔材料A、B的升溫?zé)崤蛎涄厔?shì)基本相同。

根據(jù)《通知》，房屋具備查驗(yàn)條件后，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)在查驗(yàn)7日前書面通知購(gòu)房人進(jìn)行查驗(yàn)的日期、地點(diǎn)及應(yīng)當(dāng)攜帶的證件、文件等事項(xiàng)。查驗(yàn)過(guò)程中，購(gòu)房人應(yīng)當(dāng)依據(jù)國(guó)家和本市相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及施工圖設(shè)計(jì)文件、合同等對(duì)房屋施工質(zhì)量進(jìn)行查驗(yàn)；因故不能親自到場(chǎng)查驗(yàn)的，可出具書面授權(quán)文件，授權(quán)他人或者其他組織辦理，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)配合進(jìn)行查驗(yàn)。

1.2 體積電阻率

基板玻璃氣電混合窯爐在熔化玻璃配合料時(shí)電極要加載電流作用于玻璃液中產(chǎn)生焦耳熱來(lái)熔化玻璃液，因此池壁及池底應(yīng)用的電熔高鋯磚在高溫下不能與玻璃液阻值接近產(chǎn)生阻值交互作用。電熔高鋯磚在應(yīng)用于氣電混合窯爐時(shí)首先要關(guān)注材料的高溫體積電阻值才能保障玻璃配合料的高效穩(wěn)定熔化。

將兩種電熔高鋯磚材料A和B外形加工為圓柱狀，圓柱兩端接入鉑金端子，鉑金端子再接入鉑金導(dǎo)線然后將樣品兩端的鉑金導(dǎo)線接入直流雙臂電橋，固定好測(cè)試裝置后置于高溫井式爐中，以6 ℃/min的升溫速率升溫至1600 ℃，升溫過(guò)程中測(cè)量不同溫度下兩種電熔材料對(duì)應(yīng)的電阻值，然后將不同溫度下測(cè)量的材料電阻值依據(jù)式（2）計(jì)算不同溫度下兩種電熔材料的高溫體積電阻率，曲線如圖2所示：

圖2 兩種電熔高鋯磚材料高溫體積電阻率

式中： rt——材料在不同溫度t時(shí)體積電阻率；

R——材料電阻值；

L——柱狀材料高度；

D——柱狀材料直徑；

S——柱狀材料截面積。

從圖2可以看出，B材料的體積電阻率在1200～1600 ℃區(qū)間內(nèi)整體較A材料高。

不同溫度下玻璃液高溫體積電阻率見(jiàn)圖3。

圖3 不同溫度下玻璃液高溫體積電阻率

由圖3可知，玻璃液在1600 ℃時(shí)電阻率約為100 W·cm，B材料在1600 ℃電阻率約為240 W·cm，A材料在1600 ℃電阻率約為120 W·cm，考慮電熔高鋯磚在正常使用時(shí)與玻璃液可能產(chǎn)生阻值交換造成窯爐加電過(guò)程電流偏移，因此B材料在高溫段的體積電阻率更符合產(chǎn)線運(yùn)行的理論要求。

1.3 抗侵蝕性能

由于電熔高鋯磚材料在基板玻璃窯爐中與高溫玻璃液直接接觸，因此不可避免地要受到高溫玻璃液的沖刷及窯爐各種電化學(xué)氣氛的侵蝕，因此在選材過(guò)程中電熔高鋯磚要具有良好的抗玻璃液侵蝕性能才能提高窯爐的運(yùn)行壽命，抗高溫玻璃液侵蝕性能也是電熔高鋯磚材料在基板玻璃窯爐運(yùn)行過(guò)程中受到用戶關(guān)注的主要性能指標(biāo)。

將兩種電熔高鋯磚材料A和B加工為12 mm×24 mm×105 mm的外形尺寸，按照?qǐng)D4所設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法將樣品加工為所需尺寸后固定于玻璃液中，將測(cè)試電熔材料抗玻璃液侵蝕的裝置置于高溫爐中以6 ℃/min的升溫速率升溫至1650 ℃下保持恒溫狀態(tài)72 h，之后隨爐冷卻，測(cè)量?jī)煞N電熔材料與玻璃液直接接觸面深度方向上的尺寸變化，考察兩種電熔材料A和B在侵蝕前后的深度變化，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 兩種材料抗玻璃液侵蝕結(jié)果

圖4 電熔高鋯磚抗侵蝕性能評(píng)價(jià)方法

從表1可知，兩種電熔材料抗玻璃液侵蝕速度基本一樣，與玻璃液高溫作用過(guò)程中具有同等的耐玻璃液侵蝕性能。

1.4 發(fā)泡性能

基板玻璃在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品要求微米級(jí)缺陷，才能達(dá)到用戶端的指標(biāo)要求，因此對(duì)氣泡、結(jié)石等缺陷的要求也極為嚴(yán)格。由于電熔高鋯磚在基板玻璃窯爐中要與高溫玻璃液直接接觸，二者在交互反應(yīng)的界面對(duì)發(fā)泡的性能要求也極為嚴(yán)格，要求二者在高溫作用下產(chǎn)生的氣泡極少才能滿足玻璃液中殘留的氣泡數(shù)量達(dá)到澄清排泡的要求，因此，電熔高鋯材料與玻璃液高溫作用的發(fā)泡性能也是其在基板玻璃窯爐中正常使用的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

將兩種電熔高鋯磚材料A和B加工為5 mm×20 mm×20 mm的薄片狀，薄片上表面放置基板玻璃碎片后，按照?qǐng)D5所設(shè)計(jì)的電熔高鋯磚發(fā)泡性能評(píng)價(jià)方法，置于高溫爐中以6 ℃/min的升溫速率升溫至1600 ℃下保溫2 h，然后隨爐冷卻，考察兩種材料上表面1 mm以上的發(fā)泡個(gè)數(shù)，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 兩種材料表面玻璃液發(fā)泡結(jié)果

圖5 電熔高鋯磚發(fā)泡性能評(píng)價(jià)方法

從表2可知，兩種電熔高鋯磚材料的發(fā)泡個(gè)數(shù)A材料＞B材料，與基板玻璃液高溫接觸時(shí)B材料的發(fā)泡性能更優(yōu)。

2 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)試兩種電熔高鋯磚材料A和B的熱膨脹率、體積電阻率、抗玻璃液侵蝕性能及發(fā)泡性能，通過(guò)對(duì)比研究，結(jié)果表明：A材料和B材料的升溫過(guò)程熱膨脹曲線基本相同，利于產(chǎn)線升溫過(guò)程中的膨脹管理；B材料的體積電阻率在1200～1600 ℃區(qū)間內(nèi)整體較A材料高，與玻璃液在此溫度區(qū)間不存在阻值交互點(diǎn)；A和B兩種電熔材料具有同等的耐玻璃液侵蝕性能；高溫狀態(tài)下A和B兩種電熔高鋯磚材料的發(fā)泡個(gè)數(shù)對(duì)比為A材料＞B材料，表明與基板玻璃液高溫接觸時(shí)B材料的發(fā)泡性能更優(yōu)，綜合兩種電熔材料關(guān)鍵性能對(duì)比，B材料在基板玻璃氣電混合型窯爐選材方面更符合高效穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)要求。