添加NH_4F对固相烧结制备镁铝尖晶石粉体的影响

基于选用添加剂改善镁铝尖晶石烧结性能的设想,以w(Al_2O_3)=99. 0%的工业氧化铝和w(MgO)=98. 0%的氧化镁为主要原料,以分析纯的氟化铵为添加剂,分别在1 300、1 400、1 500和1 600℃保温3 h后固相烧结合成镁铝尖晶石,以探究NH_4F加入量(外加质量分数分别为0、2%、4%和6%)对固相合成镁铝尖晶石致密化的影响,同时用XRD和SEM研究了NH_4F对烧后试样相组成及显微形貌的影响,用激光粒度分析仪对烧后粉体进行粒径分析。结果表明:添加剂NH_4F有助于固相烧结合成镁铝尖晶石的致密化,在1 600℃的合成温度下,外加2%(w) NH_4F的试样烧结致密性最好,尖晶石晶粒发育完整,所制备尖晶石粉体的粒径也较小。     

添加ZrO_2对合成镁铝尖晶石烧结性能的影响

为了在较低温度下获得致密镁铝尖晶石烧结体,以分析纯的氧化镁、氧化铝、氧化锆为原料,按n(MgO)n(Al_2O_3)=1 1配料,在合成体系中分别引入质量分数为0、0.5%、1%和2%的ZrO_2添加剂,以糊精为结合剂,经混练、成型后,置于钼丝炉中于1 600℃保温2 h烧结合成镁铝尖晶石,检测了烧后试样的线变化率、体积密度和显气孔率,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对烧后试样进行了分析。结果表明:在1 600℃的煅烧温度下,加入ZrO_2可提高合成镁铝尖晶石的烧结性能。当ZrO_2加入量为1%(w)时,合成镁铝尖晶石的烧结性能最佳;而ZrO_2加入量高于1%(w)时,较多的ZrO_2弥散在尖晶石周围,发生相变,起钉扎作用,阻碍了镁铝尖晶石颗粒之间的接触,又会影响合成尖晶石的烧结性能。     

燃烧法制备镁铝尖晶石粉体及其烧结活性研究

按Mg(NO3)2.6H2O与A l(NO3)3.9H2O的摩尔比为1∶2配料,分别添加20.120 g尿素、15.015 g尿素+4.500 g甘氨酸、7.987 g尿素+9.980 g甘氨酸为燃烧剂,采用燃烧合成法制备了镁铝尖晶石粉体,分析了镁铝尖晶石粉体的物相组成和显微结构,并用谢乐公式计算粉体的晶粒尺寸;然后,将镁铝尖晶石粉体成型为样块,在1 600℃保温3 h煅烧,计算块体的烧后永久线变化率,并检测烧后块体的吸水率、显气孔率和体积密度,分析其显微结构。结果表明:1)随着燃烧剂中甘氨酸含量的增加,制备的镁铝尖晶石粉体的晶粒尺寸逐渐减小,粒径分布逐渐均匀,但团聚现象逐渐明显。2)随着燃烧剂中甘氨酸含量的增加,由镁铝尖晶石粉体制成的块体在1 600℃保温3 h煅烧后的永久线收缩率逐渐增大,烧后块体的吸水率和显气孔率逐渐减小,体积密度逐渐增大;烧后块体中的颗粒粒径逐渐均匀,异常长大的晶粒逐渐减少。这表明,在燃烧剂中添加甘氨酸有利于提高燃烧合成法制备的镁铝尖晶石粉体的烧结活性。     

镁铝尖晶石对铝钛渣合成钛酸铝的影响

为降低合成钛酸铝材料的原料成本,以铁合金厂铝钛渣为主要原料,按71.5%(w)铝钛渣和28.5%(w)二氧化钛粉的基础配方,分别外加质量分数1%、2%、3%和4%的添加剂镁铝尖晶石,以聚乙烯醇溶液为结合剂,经湿磨、干燥、机压成型后,分别在1 400、1 450和1 500℃保温2 h合成了钛酸铝材料,然后检测其体积密度和显气孔率,运用XRD和SEM分析物相组成和显微结构,并运用X’Pert Plus软件计算钛酸铝的晶格常数。结果表明:镁铝尖晶石中Mg2+对钛酸铝中Ti4+的置换作用导致钛酸铝的晶格常数增大,晶格发生畸变,从而促进钛酸铝的合成及其烧结;随着合成温度的升高,上述置换作用和促进钛酸铝合成、烧结的效应增强。     

稀土氧化物对反应烧结合成镁铝尖晶石的影响

以分析纯MgO(粒度<5 um)和活性仅α-Al2O3微粉(粒度<5 um)为主要原料,分别添加不同量的4种稀土氧化物粉末(Y,,2O3、La2O、Nd2O3和CeO2),共混4 h后,在100 MPa下压制成φ30 mm×20 mm的试样,经110℃干燥6 h后,分别于1 100、1 200、1 300、1 400、1 500和1 650 ℃保温3 h烧成.借助DSC、XRD、SEM和能谱分析研究稀土氧化物对反应烧结合成镁铝尖晶石的影响.结果表明:(1)添加稀土氧化物降低了镁铝尖晶石'的结晶温度,促进了尖晶石的晶粒发育;(2)添加3%Nd2O3的试样经1 650℃保温3 h制备出相对密度为92%的镁铝尖晶石;(3)稀土氧化物促进镁铝尖晶石致密化的机理不同:Y2O3和Nd2O3在试样中形成复杂氧化物活化了晶格,而La2O3和CeO2在试样中主要是形成液相,从而促进了镁铝尖晶石的烧结致密化.     

MgO含量对铁铝尖晶石晶体结构的影响

以分析纯的氧化铁、氧化铝和氧化镁为原料,Fe O与Al2O3质量比为40.8:59.2配料,在合成体系中分别引入质量分数为0、1%、3%、5%、7%、9%和11%的氧化镁,在CO2/CO保护气氛下于1 600℃煅烧4 h,固相合成铁铝尖晶石。用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱对烧后试样进行分析。结果表明:相比于未添加Mg O的试样,添加Mg O的铁铝尖晶石衍射峰发生偏移,晶格常数随之变化;试样微观结构都比较均匀,引入的Mg O进入铁铝尖晶石晶格,以复合尖晶石形式存在。当Mg O添加量大于5%时,衍射峰的偏移出现拐点,且烧结后试样的结晶形貌发生明显变化。     

轻烧MgO粉加入量对镁铁铝复合尖晶石合成的影响

为寻求一种替代镁铬砖的无铬耐火材料,选用轻烧MgO粉、氢氧化铁、活性氧化铝为主原料,外加石墨,制得Φ20mm×10mm的试样,在空气气氛中于1550℃保温6h烧成。研究轻烧MgO粉加入量(质量分数分别为8%、20%和30%)对镁铁铝复合尖晶石合成的影响。结果表明:加入8%(w)轻烧MgO粉的试样中存在刚玉相、深色的铁铝尖晶石相和浅色的镁铁铝复合尖晶石相;加入20%(w)轻烧MgO粉的试样中存在镁铁铝复合尖晶石单一物相,且晶粒发育成熟,晶界完整;加入30%(w)轻烧MgO粉的试样中存在浅灰色和亮白色两种镁铁铝复合尖晶石相,且浅灰色的镁铁铝复合尖晶石中镁的固溶度较亮白色的高,铁的固溶度低;试样的晶面间距随着镁固溶量的增加而增大。     

添加MgO对铁铝尖晶石合成和烧结的影响

以氧化铁粉、α-Al2O3粉、石墨粉为主要原料,分别外加质量分数为0、2%、5%和8%的氧化镁粉,以亚硫酸纸浆废液为结合剂混练均匀后,压制成型为50 mm×50 mm的试样,于100℃干燥24 h,在氮气气氛中分别于1 400、1 450、1 500和1 550℃保温4 h煅烧,然后检测烧后试样的体积密度,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:在氮气气氛下,添加氧化镁粉可明显降低铁铝尖晶石的合成温度,并促进铁铝尖晶石的烧结;在1 450℃,Fe2O3与α-Al2O3可完全反应生成铁铝尖晶石;氧化镁粉的适宜外加量(质量分数)为5%,过多会生成难被还原的MgFe2O4尖晶石相。     

镁铝尖晶石多孔陶瓷的制备及性能

以MgO、Al_2O_3、TiO_2为起始原料、石墨为造孔剂,采用凝胶注模法制备了镁铝尖晶石多孔陶瓷。研究了Mg和Al摩尔比、TiO_2的添加、烧结温度等因素对试样物相形成及显微结构的影响。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、万能材料试验机、孔隙率测试仪等对样品性能进行了分析。结果表明:添加3%(质量分数)的TiO_2,可以促进纯镁铝尖晶石相的形成,并且可以降低材料的烧结温度。组成中适量富镁,可以使尖晶石晶粒较为细小,形状更规则,提高了样品的抗弯强度和耐腐蚀性。控制Mg:Al摩尔比为1.3:1.7、TiO_2添加量3%,在1 400℃保温5 h烧结条件下,可获得孔隙率为36.73%、抗弯强度为40.8 MPa的镁铝尖晶石多孔陶瓷,其耐碱腐蚀性较好,有望用于制备碱性环境下使用的陶瓷膜支撑体。     

铝源种类对熔盐法合成镁铝尖晶石的影响

分别以分析纯Al2 O3和AlCl3为铝源,以分析纯MgO为镁源,在NaCl和KCl混合熔盐介质中,分别在1000、1100、1200和1250℃保温3 h合成了镁铝尖晶石粉体,研究了试样的物相组成、微观形貌和化学组成.结果表明:1)温度的升高有利于MgAl2 O4的形成和结晶.2)以Al2 O3为铝源合成的镁铝尖晶石在Al2 O3原料表面成核生长,晶体结构随着温度的升高趋于完善;以AlCl3为铝源合成的镁铝尖晶石颗粒粒径约为3μm且呈正八面体结构.     

TiO2含量对镁铝尖晶石烧结性能的影响

以分析纯氧化镁、氧化铝、氧化钛为原料,按氧化镁与氧化铝质量比28.33∶71.67配料,在合成体系中分别引入质量分数为0、0.5％、1％、2％、4％、6％、8％和10％的氧化钛,在钼丝炉中1600℃保温2h,烧结法合成镁铝尖晶石.用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱对烧后试样进行分析.结果表明:引入适量的TiO2可显著提高镁铝尖晶石的烧结性能;当TiO2含量低于4％时,随着TiO2的含量增加,试样的线变化率减小,显气孔率下降,体积密度增大,常温耐压强度增大.TiO2的引入提高了镁铝尖晶石晶体空位浓度,活化了晶格,促进镁铝尖晶石的烧结.当TiO2含量高于4％时,试样的线变化率、显气孔率和体积密度没有显著变化,常温耐压强度有所下降;尖晶石晶粒尺寸没有明显变化,且生成了一定量的Mg0.6Al0.8Ti1.6O5,阻碍了镁铝尖晶石之间的接触,影响镁铝尖晶石烧结性能的提高.     

MgAlON合成工艺研究

以铝粉、煅烧α-氧化铝微粉、电熔镁砂粉、轻烧氧化镁粉和镁铝尖晶石粉为原料,在1 750℃时A l2O3-A lN-MgO三元相图的MgA lON固溶区域选取3个组成点,配制成w(A l)分别为8.5%、6.6%、4.7%的3组配方,并通过改变MgO的加入种类(电熔镁砂粉或轻烧氧化镁粉)以及用预合成镁铝尖晶石粉取代MgO和相应数量的A l2O3,共配制成9种试样,经混练、成型、干燥后,在纯N2气氛中于不同温度(1 500~1 700℃)保温不同时间(5~15 h)合成了MgA lON,通过检测合成试样的相组成、致密度和显微结构,研究了配料组成、合成温度、保温时间、原料活性等因素对合成MgA lON的影响。结果表明:(1)配料组成中A lN的设计组成越大,形成单相MgA lON的条件要求越高。(2)提高合成温度与延长保温时间,均能促进单相MgA lON的合成。(3)采用轻烧氧化镁粉合成MgA lON效果与采用电熔镁砂粉的几乎相同;采用镁铝尖晶石粉也能合成单相MgA lON,但其合成温度较高。     

二步法低温制备六铝酸钙/镁铝尖晶石复相陶瓷

以白云石和工业Al(OH)3为原料,采用水热合成和低温煅烧二步法工艺制备六铝酸钙-镁铝尖晶复相陶瓷,探索了水热处理温度对前驱体性能及六铝酸钙/镁铝尖晶石复相陶瓷物相组成和形貌的影响。结果表明:200℃水热处理后的前驱体中,板状三水铝石转变为多孔薄片状薄水铝石;前驱体高温分解后可为复相陶瓷的生成提供高活性原料和六铝酸钙片状形貌的生长空间;二步法工艺可使烧成温度降低100℃以上。白云石添加量为13%时,配料经200℃水热、1 400℃煅烧3 h即可制备出主晶相为六铝酸钙和镁铝尖晶的复相陶瓷,六铝酸钙形貌发育完整,呈交叉片状存在。复相陶瓷的体积密度为1.56 g/cm3,气孔率为61.5%,孔径分布在0.2~1.1μm之间。未水热处理配料于1 500℃保温3 h,制备出六铝酸钙/镁铝尖晶石复相陶瓷,六铝酸钙和镁铝尖晶石晶体衍射峰强度较弱,六铝酸钙片状形貌发育不完整。     

尖晶石种类和添加量对刚玉质透气座砖性能的影响

在以板状刚玉颗粒(10~5、5~3、3~1、≤1 mm)、板状刚玉细粉(≤0.074 mm)、氧化铝微粉、铝酸钙水泥等为原料,按骨料与基质质量比为70:30制备的纯刚玉质浇注料的基础上,分别采用w(Al2O3)≈88%的电熔富铝尖晶石细粉和w(Al2O3)≈72%的常规组成尖晶石细粉分别按3%、6%、9%的质量分数替代基础配方中的板状刚玉细粉制备了刚玉-尖晶石质浇注料,经110℃24 h、1 000℃3 h和1 650℃3 h处理后,研究了两种尖晶石细粉的添加量对浇注料常温物理性能、抗热震性和抗渣性能的影响。结果表明:1)随着富铝尖晶石细粉添加量的增加,110℃24 h和1 000℃3 h处理后试样的抗折强度和耐压强度均下降;添加常规组成尖晶石细粉的试样在相同温度下处理后抗折强度变化幅度不大,而耐压强度先略微上升后降低。2)随着两种尖晶石添加量的增加,1 650℃3 h处理后试样的体积密度先降低后上升,而线变化率先上升后下降。3)当两种尖晶石添加量(w)从3%增加至6%时试样经1 100℃水冷热震3次后的强度保持率增加幅度明显增大;试样的抗渣性随两种尖晶石添加量的增加均逐步改善。4)以富铝尖晶石添加量为9%(w)的配方制备的刚玉-尖晶石质透气座砖在国内某钢厂150 t钢包中使用,寿命较纯刚玉质的提高7~8炉,较添加常规组成尖晶石的提高4~5炉。     

Al-Si系无机高温结合剂的制备及表征

以板状刚玉、ρ-Al_2O_3和硅微粉为主要原料,外加适量的铝酸钙水泥、水玻璃和氧化镁,制备得到一种可在室温固化的Al-Si系高温粘结剂材料,表征了不同温度烧成后材料的力学性能和微观结构。结果表明:材料经1300-1500℃高温烧成后,主要物相为镁铝尖晶石、氧化铝和Al_(1.66)Ca_(0.68)Na_(0.3)O_8Si_(2.34)。随着烧成温度的提高,材料中液相逐渐减少,镁铝尖晶石和氧化铝的晶粒析出,晶粒形状更加规则。当烧成温度达到1600℃时,材料的主要物相为镁铝尖晶石和氧化铝,其弹性模量、抗折强度和耐压强度分别为37.85 GPa、34.46 MPa和54.84 MPa。     

氧化镁-氧化铝粉末成型体生成镁铝尖晶石的膨胀机制

为了研究生成镁铝尖晶石的反应过程,以电熔镁砂粉和α-氧化铝微粉为原料制备粉末成型体合成镁铝尖晶石,通过考察在1 300~1 400℃空气中反应一定时间(1.5~25 h)后的永久体积膨胀率、线膨胀率、相组成及显微结构,研究了氧化镁和氧化铝反应生成镁铝尖晶石的膨胀机制。结果表明,反应体系的永久膨胀率随成型压力的增加而增大,这除了由反应前后各组成密度差引起之外,还与反应过程中可能存在的Kirkendall效应有关;永久线膨胀率随时间的变化规律遵循固相扩散理论,据此计算出活化能为304.0 k J·mol-1。     

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。     

化学组成对轻烧镁铝尖晶石结构与性能的影响

相比传统电熔镁铝尖晶石和烧结镁铝尖晶石,轻烧镁铝尖晶石晶格畸变大,反应活性高,所制备的铝镁浇注料抗渣渗透性更好。本文以工业氧化铝和轻烧镁砂细粉为原料,在1 600 ℃下烧结合成Al₂O₃质量分数在68%~76%的富镁尖晶石(68%和70%)、正尖晶石(72%)和富铝尖晶石(76%)试样,研究Al₂O₃含量对尖晶石试样常温物理性能、物相组成、晶体结构参数和显微结构的影响。结果表明:Al₂O₃含量的增加提高了试样的显气孔率;富镁尖晶石试样的物相为尖晶石和少量方镁石,其余试样只有尖晶石相;富铝尖晶石的晶格畸变大于富镁尖晶石和正尖晶石,晶粒尺寸和平均孔径小于富镁尖晶石和正尖晶石。     

MgO源对纳米η-Al2O3制备镁铝尖晶石的影响

分别以轻烧氧化镁粉、碳酸镁、分析纯氢氧化镁为MgO源,纳米η-Al₂O₃为原料(其摩尔比为1∶1),采用固相反应法制备镁铝尖晶石。研究不同MgO源对纳米η-Al₂O₃制备镁铝尖晶石的显气孔率、体积密度、物相组成、晶胞参数以及微观结构的影响。结果表明,随着烧结温度升高,三种MgO源与纳米η-Al₂O₃制得镁铝尖晶石试样的致密性逐渐升高。在1 600 ℃下,以氢氧化镁为MgO源与纳米η-Al₂O₃制得尖晶石试样的体积密度最大为3.296 g/cm³,显气孔率最低为1.9%,晶粒发育最好,晶粒尺寸约为3~5 μm。1 300 ℃时,三种MgO源与纳米η-Al₂O₃全部生成镁铝尖晶石,与以α-Al₂O₃为Al₂O₃源制备镁铝尖晶石的传统固相法相比,镁铝尖晶石的合成温度降低了100 ℃,可以降低镁铝尖晶石的成本,对镁铝尖晶石的应用具有实际意义。     

界面反应对铝熔体定向渗透氮化过程的影响

将外形尺寸为φ15 mm×10 mm的一级工业纯铝锭(w(Al)=99%)6.5 g放入石墨坩埚内,在其四周及底部填充氧化铝粉阻生剂,采用粒度均为1～0.5 mm、固定量均为3 g的电熔镁砂(w(MgO)=95%)、镁铝尖晶石(31.9%MgO,58.1% Al2O3)和电熔刚玉(w(Al2O3>)=95%)3种颗粒作为填充剂,分别与占铝锭质量10%的金属Mg粉(w(Mg)=99%)混合后,松散堆积在铝锭表面上,在1 200℃氮气气氛中处理10 h.利用XRD、SEM、EPMA及OM分析了反应后得到复合材料的物相组成和显微结构,研究了定向金属氮化制备氮化铝基复合材料过程中金属铝熔体和填充剂间的界面反应对渗透氮化的影响.结果表明:1 200℃下,镁砂与铝熔体剧烈反应生成大量镁,促进了铝熔体的渗透和氮化过程;镁铝尖晶石与铝熔体反应明显减弱,但生成少量的镁,也在一定程度上有利于渗透和氮化过程;相比之下,刚玉与熔体界面反应消耗了反应体系的镁,影响了铝熔体的渗透,但渗入铝的氮化较为完全,且复合材料结构致密.