刚玉-莫来石-锌铝尖晶石复相材料合成的热力学研究

热力学计算表明 ,在Al2 O3-SiO2 -ZnO三元系中 ,硅酸锌 (Zn2 SiO4 )和锌铝尖晶石 (ZnAl2 O4 )的吉布斯生成自由能在温度为 16 0 0K以下为负值 ,莫来石 (3Al2 O3·2SiO2 )的吉布斯生成自由能则在温度为 70 0K以上时为负值 ;在系统中Al2 O3富存的条件下 ,Al2 O3可与Zn2 SiO4 反应生成锌铝尖晶石。X射线衍射 (XRD)分析及扫描电子显微镜 (SEM)观察证实 ,通过一定的组成控制和工艺条件 ,能够合成出不含硅酸锌相的刚玉 -莫来石 -锌铝尖晶石复相材料。     

Al2O3微粉和SiO2微粉对刚玉-莫来石材料性能的影响

在板状刚玉细粉中添加粘土或Al2O3微粉和不同种类的SiO2微粉制成刚玉-莫来石试样,分别于1200℃、1400℃和1600℃保温5 h烧成后,测定试样的体积密度、显气孔率和烧后线收缩率,利用XRD分析了试样在不同温度段的莫来石生成量,研究了添加Al2O3微粉和不同种类的SiO2微粉对材料的烧结性能和莫来石化的影响,并利用SEM观察了试样的显微结构.结果表明(1)加入Al2O3微粉和SiO2微粉均有利于材料的烧结;加入SiO2微粉的纯度和晶形不同,对试样莫来石化的影响也不同,无定形态SiO2微粉(即硅灰)的纯度越高,试样的莫来石生成量也越高.(2)加粘土的试样,其显微结构中柱状莫来石的晶体特征比较明显;而加入SiO2微粉的试样,其莫来石晶体和刚玉晶体相互交错,晶粒较小.     

富铝尖晶石中刚玉的析晶与固溶

以w(Al2O3) =84.4％的富铝尖晶石和α-Al2O3微粉为原料,制备了纯富铝尖晶石试样和加入10％(w)α-Al2O3微粉的富铝尖晶石-刚玉试样,分别在1300、1500、1600和1650℃保温4h热处理1次,纯富铝尖晶石试样还在1650℃保温4h条件下反复热处理5次,然后进行XRD分析,以研究热处理温度和热处理次数对刚玉在这两种试样中向富铝尖晶石中固溶以及从富铝尖晶石中析出的影响.结果表明:1)在1300、1500和1600 ℃保温4h热处理1次后,纯富铝尖晶石试样中析出的刚玉量(w)分别为5％、15％、10％,而富铝尖晶石-刚玉试样中新析出的刚玉量(w)分别为10％、20％、13％,表明加入α-Al2O3促进了刚玉的析出;但在1650℃保温4h热处理1次后,纯富铝尖晶石试样没有析出刚玉,而富铝尖晶石-刚玉试样不但没有析出刚玉,而且具有较强的固溶刚玉的潜能.2)纯富铝尖晶石试样在1650℃热处理5次后析出的刚玉量约为10％(w).3)刚玉固溶入富铝尖晶石中会阻碍富铝尖晶石材料的烧结.     

用废弃含碳耐火材料合成方镁石-镁铝尖晶石复相材料

以废弃镁碳砖与废弃滑板为原料,分别按照n(MgO)/n(Al2O3)=1,2,3,4比例进行制样,通过1300℃、1400℃、1500℃保温2h对试样进行煅烧.用X射线衍射仪、扫描电镜及X' Pert plus软件对热处理后试样的组成和结构进行表征.结果发现:以废弃镁碳砖与废弃滑板可以合成出方镁石-尖晶石复相材料,随着废弃镁碳砖引入量增加;试样体积密度降低,显气孔率增加,结构组成中方镁石逐渐增加.煅烧温度的增加促进方镁石与刚玉相形成镁铝尖晶石相.当n(MgO)/n(Al2O3)=3,煅烧温度1500℃时,经煅烧后形成方镁石-尖晶石复相结构中结晶相方镁石含量达到33％,镁铝尖晶石59％,方镁石-尖晶石相间由结晶度较差的玻璃相粘结.     

SiO2含量对合成铁铝尖晶石的影响

为了研究以矾土做原料合成铁铝尖晶石时其SiO2成分对合成铁铝尖晶石的影响,以氧化铁粉、α-Al2O3粉和碳粉为原料,分别加入质量分数为0、2%、5%和8%的SiO2粉,在氮气气氛中分别于1 400、1 450、1 500、1 550℃保温4 h合成铁铝尖晶石。通过对所合成铁铝尖晶石的烧结性能、物相组成及微观结构进行分析,研究了SiO2加入量对铁铝尖晶石合成及烧结性能的影响。结果表明:氮气气氛下,加入2%(w)SiO2能够促进铁铝尖晶石的合成及烧结;加入大于5%(w)SiO2时,试样的体积密度迅速下降,SiO2与氧化铁生成大量的低熔点液相,Al2O3则以刚玉相存在,反而阻碍铁铝尖晶石相的生成。采用特级矾土为原料合成铁铝尖晶石时,由于矾土中杂质SiO2和TiO2以及R2O的大量存在,导致矾土基铁铝尖晶石的体积密度更低,烧结性能更差,用其制备的方镁石-铁铝尖晶石制品的性能较差。可见,合成铁铝尖晶石以矾土为原料是不合适的。     

低温常压烧结制备碳化硅-莫来石复相材料

将6H-SiC和α-Al2O3按质量比为7:3混合,添加0～10%的[BaO+TiO2]作为烧结助剂,球磨后的均匀粉体压制成生坯,在1 200℃预氧化1 h后在氢气气氛下常压烧结1h制备SiC-莫来石复相材料。研究了烧成温度和BaO–TiO2含量对该复相材料烧结性能和相组成的影响。结果表明:1500℃下,随着烧结助剂含量的增加,烧结致密性明显提高,当含量(质量分数)达到8%时,获得显气孔率为0.17%的致密复相材料。预氧化时,烧结助剂中的BaO与α-Al2O3及SiC氧化生成的方石英反应,生成钡长石BaAl2Si2O8,烧成过程中,钡长石转化成玻璃相,促进莫来石的生成,同时促进烧结。复相材料主晶相为6H-SiC和莫来石,次相为玻璃相和Al2SiO5。     

六铝酸钙/镁铝尖晶石复相材料的制备及性能

以白云石和工业γ-Al2O3为原料,在不同烧结温度下制备了六铝酸钙/镁铝尖晶石复相材料。研究了Al2O3加入量和烧结温度对六铝酸钙/镁铝尖晶石复相相料的物相组成及性能的影响。结果表明:当Al2O3加入量为90.32%(质量分数)时,在1500,1550,1600℃和1650℃下均能够制备出无杂相六铝酸钙/尖晶石复相相料。随烧结温度提高,复相相料的体积密度和抗折强度先下降后提高,而显气孔率总是呈下降趋势。当烧结温度为1650℃时,所制备的复相材料的体积密度、显气孔率和弯曲强度分别为2.07g/cm3,48.78%和54.3MPa。     

烧成制度和结合剂对刚玉-莫来石窑具性能的影响

以板状刚玉(粒度为3～1mm和≤1mm)、莫来石(粒度≤1mm)和αAl2O3微粉为原料,分别加入一定量的高岭土和硅胶-铝胶(其中Al、Si的物质的量比为3)作为结合剂,在燃油倒焰窑中经不同的烧成制度(分别加热至1000℃、1150℃、1200℃、1300℃和1500℃保温1h后,继续升温至1700℃烧成)烧制成刚玉-莫来石窑具材料,并对比研究了这两种结合剂在上述保温温度下处理1h后的相变化及其对刚玉-莫来石材料强度和抗热震性的影响。结果表明:硅胶-铝胶结合剂中莫来石的显著形成温度约为1150℃,远低于高岭土的1500℃;在相同的烧成制度下,以硅胶-铝胶为结合剂的刚玉-莫来石试样的常温抗折强度比以高岭土为结合剂的低,而其抗热震性优于以高岭土为结合剂的。     

添加Li2O对高铝粉煤灰合成刚玉-莫来石材料的影响

研究了Li2O、烧结温度对高铝粉煤灰和铝矾土合成刚玉-莫来石材料的性能、物相组成和显微结构的影响.结果表明,Li2O可大辐度降低合成刚玉-莫来石材料的烧结温度.制得的刚玉-莫来石材料具有较良好的性能.     

放电等离子烧结制备刚玉-铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料

为了降低复相材料的合成温度并保证其相应的物理性能,以质量分数分别为35.16%的欠烧白云石和64.84%的片状氧化铝为原料,在1 050、1 100和1 150℃下利用放电等离子烧结法(SPS)制备了刚玉-铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料,并研究了烧成温度对复相材料的物相组成及强度的影响。结果表明:随着温度的升高,复相材料中刚玉相的含量逐渐降低,而铝酸钙和镁铝尖晶石的含量逐渐上升,材料的显气孔率略有增大,但是其劈裂抗拉强度逐渐增大。放电等离子烧结使复相材料中片状刚玉、生成的铝酸钙和镁铝尖晶石在高温下相互结合。当烧成温度为1 150℃时,所制备的复相材料显气孔率为23.2%,劈裂抗拉强度达到20 MPa。     

少量掺杂Al2O3、SiO2的Mg-PSZ陶瓷材料的液相烧结

通过在Mg-PSZ陶瓷材料中少量掺杂Al2O3或SiO2,可使材料在较低温度(≤1550℃)下实现液相烧结,使材料的烧结温度大幅度降低.随Al2O3、SiO2掺杂量摩尔分数在1%～4%范围内增加,材料中m-ZrO2相组成增加,相应的烧结密度降低.所形成的镁铝尖晶石相多分布于ZrO2晶粒间,而形成的镁橄榄石相多镶嵌于ZrO2晶粒内.     

二次尖晶石化反应对MA-Al2O3材料烧结的影响

将w( Al2O3)为71％、78％和85％的3种不同组成的镁铝尖晶石细粉(粒度均≤0.074 mm)分别与α-Al2O3微粉混合,采用半干法压制成φ50 mm × 50 mm的MA - Al2O3质试样,干燥后,分别在1300 ～1650℃保温4h煅烧,随炉冷却后测量试样煅烧后的线变化率、显气孔率、体积密度和物相组成.结果表明:镁铝尖晶石原料的富铝程度越高,MA-Al2O3材料的可烧结性越差,其二次尖晶石化反应需在更高的温度区间完成,反应伴随的膨胀效应对MA-Al2O3材料烧结的限制作用也更为突出.     

铝硅混合凝胶对刚玉-莫来石制品性能的影响

按莫来石骨料占65%(质量分数),刚玉和黏土组成的混合粉占35%(质量分数)配料,分别外加占原料总质量4%的水、硅溶胶、铝硅混合凝胶作结合剂,研究了结合剂种类对刚玉-莫来石材料经1 100、1 400和1 600℃分别保温3 h烧后的性能及显微结构的影响,并在此基础上研究了铝硅混合凝胶加入量(分别为1%、2%、3%、4%)及配比(m(Al2O3):m(SiO2)分别为8:2、7:3、4:6)对刚玉-莫来石制品常温性能的影响.结果表明:以铝硅混合凝胶为结合剂的刚玉-莫来石试样,经1 400、1 600℃烧后的常温、高温抗折强度和抗热震性均比仅加硅溶胶或水的好,但显气孔率偏大;当铝硅混合凝胶加入量为2%且m(Al2O3):m(SiO2)=7:3时,烧后试样的常温强度最高.     

精炼铝炉用刚玉-镁铝尖晶石复合材料的制备与性能

用白刚玉、镁铝尖晶石、电熔镁砂和α-Al2O3微粉,在1 650 ℃烧结3h制备了刚玉-镁铝尖晶石复合材料.按照GBT29971982致密定形耐火制品气孔率和体积密度试验方法和静态坩埚法,并结合X射线衍射、扫描电镜和能谱分析研究了不同组成刚玉-镁铝尖晶石复合材料的常温物理性能、显微结构以及将其应用于精炼铝熔融炉用耐火材料时对高纯度铝的影响.结果表明:在1 650 ℃保温3 h的条件下,试样烧结致密,基质中有镁铝尖晶石生成;所制备的试样中,当α-Al2O3微粉与电熔镁砂的质量比为2∶1时,试样具有较好的室温物理性能,并且对高品质铝液的污染很小.     

高铝粉煤灰合成刚玉莫来石抛光材料的实验研究

采用高铝粉煤灰合成抛光材料刚玉莫来石具有良好发展前景。通过对高铝粉煤灰进行酸碱预处理,提高高铝粉煤灰中的铝与硅的质量比,减少Al2O3的添加量,降低成本。通过对合成的刚玉莫来石进行烧失量以及XED、SEM和激光粒度分析,结果表明:合成温度升高,有利于莫来石相的形成;添加过量的Al2O3,刚玉莫来石相中刚玉相逐渐增加。     

ρ-Al2O3加入量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响

以烧结莫来石(w(Al2O3)>45%)、电熔莫来石(w(Al2O3)>70%)、刚玉(w(Al2O3)>99%)、α-Al2O3微粉(w(Al2O3)>99.5%)、SiO2微粉(w(SiO2)>92%)、ρ-Al2O3微粉(w(Al2O3)>83.0%)等为主要原料,制备了莫来石-刚玉浇注料试样,经110℃24 h、1 000℃3 h和1 400℃3 h处理,研究了ρ-Al2O3加入量(w)分别为1%、2%、3%、4%和5%对莫来石-刚玉浇注料性能的影响。结果表明:随着ρ-Al2O3加入量的增加,莫来石-刚玉浇注料的体积密度下降,显气孔率增大,抗热震性和抗渣性逐渐变好。110℃24 h处理后强度逐渐增大;1 000℃和1 400℃处理后强度和永久线变化率则是先增加后减小,当ρ-Al2O3加入量为2%时达最大;试样的高温抗折强度先增加后减小,以ρ-Al2O3加入量为3%时最大。     

反应烧结法制备MgAlON的合成机理及烧结行为的研究

通过对以Al2 O3、MgO和AlN为起始原料 ,在氮气气氛中反应烧结合成MgAlON材料合成机理的研究发现 :在 12 0 0℃以前 ,MgO与Al2 O3反应生成镁铝尖晶石 ,此后 ,随着温度的升高 ,Al2O3不断向所形成的尖晶石中固溶 ;在 130 0℃以前 ,AlN基本上不参与反应 ,而在更高的温度下 ,AlN开始向尖晶石中固溶形成MgAlON ,约在 15 5 0℃时形成单一的MgAlON相。用热膨胀仪检测了试样的线变化率随温度和时间的变化 ,用最小二乘法回归分析了试样线变化率的实验数据 ,并根据烧结理论对MgAlON材料烧结初期的动力学进行了探讨。结果表明 ,MgAlON材料烧结初期的烧结机理以体积扩散为主     

溶胶-凝胶-喷雾干燥法制备超细Al_2O_3-SiO_2二元粉体材料

以硝酸铝(Al(NO3)3.9H2O)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术并结合喷雾干燥(SPD)技术制得超细Al2O3-SiO2二元复合粉体材料,并分别于400℃、800℃、1000℃、1150℃和1200℃煅烧2h;采用全自动比表面积与孔隙率分析仪、TEM、TG-DSC及XRD等仪器研究了热处理温度、pH值(分别为5.5、7和8)以及干燥方法对粉体材料的表面性能、显微形貌、物相组成及Al2O3-SiO2二元系晶体转变过程的影响。结果表明:由Sol-Gel-SPD制备的超细Al2O3-SiO2二元粉体材料的比表面积>448m2.g-1,而经1200℃煅烧2h后所得的超细莫来石的比表面积为34.05m2.g-1;TG-DSC分析表明:采用Sol-Gel-SPD制得的Al2O3-SiO2二元粉体材料的质量损失主要发生在500℃之前;XRD分析表明:粉体试样的开始莫来石化温度为1000℃,铝硅尖晶石(6Al2O3.SiO2)与非晶态SiO2在1150~1200℃完全转化为莫来石;比较不同pH值试样经1200℃煅烧后的TEM照片发现,当pH=7时,得到的超细莫来石粉体粒径最小,为50nm。     

稻壳灰为硅源固相烧结法合成莫来石

通过固相烧结的方法,用无机铝盐和稻壳灰按莫来石的理论配比3Al2O3-2SiO2配制并较低温合成的莫来石。实验分别讨论了不同铝盐、合成温度和保温时间的条件下合成结果,通过XRD表征并分析,得出以硫酸铝和500℃稻壳灰为原料,在1300℃下保温4 h合成的莫来石纯度和峰强度均相对较高,达到了莫来石一般应用的要求。     

低温合成MgO-Al_2O_3-FeO_n复相材料

高铁镁砂中分别引入质量分数为3%、6%、9%、12%、15%的板状刚玉,经1 420℃烧结制备Mg O-Al2O3-Fe On复相材料。采用X射线衍射和扫描电子显微镜分析试样的物相组成及显微结构。结果表明:在1 420℃,高铁镁砂与板状刚玉反应烧结形成原位合成的镁铁铝尖晶石固溶体,铁氧化物的存在促进了镁铁铝尖晶石固溶体的形成。随着板状刚玉加入量的增加,镁铁铝尖晶石固溶体的含量随之增加。镁铁铝尖晶石固溶体呈现明显的环带结构。最外层环带结构致密,富含铁氧化物;次外层环带结构中铁氧化物的含量有所降低。这些环带结构使得低温制备镁铁铝尖晶石固溶体结合方镁石材料的新工艺得以实现。