片状CaLaAlO₄增强镁钙质材料的力-热耦合强化机制

【作者】 董云洁； 王周福； 刘浩； 马妍； 王玺堂； 贾一琳；

【机构】 武汉科技大学；

【摘要】 镁钙质耐火材料由于其优异的高温稳定性和抗侵蚀性能在洁净钢熔炼等高温工业中广泛应用,但其难烧结和力学性能不足的问题限制了其在复杂服役环境中的应用。通过向MgO-CaO材料中引入片状增强相是有效提升材料机械性能的方法,但其在多场耦合下的强化机理与几何参数适配规律仍不明确。本文基于实验实测微观结构与物性参数,建立高分辨率介观相场模型,系统揭示片状晶对镁钙质材料的应力调控机制。结果表明,具备高本征刚度与强界面结合的片状晶能够发挥显著的应力再分配作用。在机械服役阶段,片状晶能承担主载荷,并在相邻脆弱的基体弱相界处形成低应力保护区。应变能密度分析进一步揭示,材料的失效并非产生于高应力区域,而是由基体弱结合相界面及三相交汇点处引起的能量集中所致。此外,本研究表明片状增强相的几何参数的双重影响:增大片状晶长宽比可提升整体应力屏蔽效果,但会加剧热失配变形累积,使片状晶端部热应力集中,进而引发界面早期失效。基于力-热耦合分析,本研究阐明了多相陶瓷的承载机制,可为协调载荷传递与热应力集中、优化材料微观结构提供理论依据。更多还原