CeO2 和MgO助烧剂对矾土基莫来石合成料烧结的影响

以高铝矾土碎矿(w(Al2O3)为75%~84%)和煤矸石(w(Al2O3)约45%)为原料,按矾土基莫来石合成料的设计成分要求(w(Al2O3)为68%~72%)进行配比,于1500~1700℃分别保温3h煅烧合成了矾土基莫来石,并分别研究了助烧剂CeO2和MgO单独加入,CeO2 MgO复合加入,复合加入时CeO2与MgO的比例以及复合加入量对矾土基莫来石合成料烧结性能的影响。结果表明:加入CeO2 MgO复合助烧剂比单独加入CeO2或MgO的促烧结效果要好,当CeO2 MgO外加量为0.75%,CeO2与MgO质量比为1/1时,可使试样的烧结温度降至1600℃(不加助烧剂的为1700℃),得到显气孔率0.9%,体积密度为2.84g·cm-3,荷重软化开始温度为1570℃的合成莫来石;显微结构分析表明,此合成料荷重软化温度较高的原因是发育良好的柱状莫来石构成了交错连锁的网络结构,同时TiO2大部分固溶在莫来石晶体中。     

Y2O3和CeO2对镁砂烧结性能及显微结构的影响

以菱镁石于950℃制得的轻烧MgO粉(≤0.088 mm)为主要原料,分别加入质量分数为1%、2%、3%、4%的Y2O3和CeO2混匀,压制成型后于1 600℃煅烧3 h,冷却后测其体积密度和线收缩率,并利用XRD、SEM、EDS分析试样的物相组成及显微结构,以研究Y2O3和CeO2对镁砂烧结性能和显微结构的影响。结果表明:1)引入Y2O3和CeO2均有利于镁砂的烧结致密化,镁砂试样的体积密度和烧后线收缩率随其加入量的增加而增大;在加入量相同的情况下,加入Y2O3对镁砂的促烧结作用比加入CeO2的更明显。2)引入的Y2O3和CeO2都有部分固溶于方镁石晶体内,使MgO晶格发生畸变,有利于MgO晶粒发育良好,晶粒长大,晶界明显;Y2O3能与镁砂中的CaO、SiO2形成钇硅酸盐相分布在晶粒之间,而部分CeO2以游离形式存在于晶粒之间。3)与引入CeO2的试样相比,引入Y2O3的试样中气孔更加集中,晶界更加清晰,MgO晶粒尺寸较大,这是由于Y2O3和CeO2的性质差异造成稀土离子参与固溶体粒子取代程度不同的缘故。     

CeO2掺入对氧化铝陶瓷耐磨性能的影响

实验以工业用Al2O3为主要原料,在MgO-CaO-SiO2系统里添加稀土氧化物CeO2,研究了CeO2的掺入及CeO2的粒度对氧化铝陶瓷烧结性能、耐磨性和显微结构的影响。结果表明:CeO2的掺入可明显降低氧化铝陶瓷材料的烧结温度并改善耐磨损性。掺入CeO2的平均粒度对陶瓷材料的性能有显著的影响,掺入亚微米级的CeO2比掺入微米级CeO2制备的陶瓷材料具有更低的烧结温度和磨损率。     

烧成温度和ZrO2含量对镁锆制品烧结性能的影响

以烧结镁砂和锆英石为原料,按烧结镁砂与锆英石的质量比分别为8812,8515,8020,7723进行配料,成型后在110 ℃下保温24 h干燥,然后分别在1550 ℃、1600 ℃、1650 ℃、1730 ℃下保温3 h烧成,采用扫描电镜和能谱分析及XRD分析方法,研究了烧成温度和锆英石加入量对镁锆制品烧结性能的影响.结果表明随着锆英石加入量的增加和烧成温度的提高,镁锆制品的理化性能也逐渐提高,当锆英石的加入量为20%(即ZrO2含量为12%),烧成温度为1650 ℃时,镁锆制品的理化性能最佳,MgO与SiO2反应形成的镁橄榄石相(M2S)最多,ZrO2则多以t-ZrO2形式存在于MgO颗粒的周围,还有一小部分与MgO形成固溶体.     

稀土掺杂对γ-Al2O3相变及烧结行为的影响

研究了稀土氧化物CeO2、La2O3掺杂对γ-Al2O3烧结行为的影响.结果表明各样品的相变起始温度基本一致,但掺杂样品的相变结束温度和最大相变速率对应温度均较纯样品有所升高(La2O3掺杂样品相变结束温度和最大相变速率对应温度分别升高了48 ℃和27 ℃).同时发现La2O3掺杂样品的最终线收缩率小于CeO2掺杂样品,主要是由于La3+离子半径大于Ce4+,其在晶界处的偏聚浓度高于Ce4+,因此对晶界迁移阻碍作用较大.SEM观察表明,相对于纯样品,掺杂样品颗粒细化,密度降低,这主要归结于掺杂稀土在氧化铝晶界上的偏聚阻碍了烧结过程中的物质迁移.     

放电等离子烧结制备Ti2AlC材料的研究

Ti2AlC是一种具有优异综合性能的三元层状化合物。以元素粉Ti粉、Al粉、活性炭为原料，采用放电等离子烧结(spark plasma sintering，SPS)工艺制备出接近理论密度的单相Ti2AlC块状材料。XRD和SEM分析结果表明：当Al含量为1．1mol和1．2mol，烧结温度在1100℃时，材料由单相Ti2AlC组成，Ti2AlC晶体发育完好，晶粒细小。研究表明：采用SPS工艺能够以比热压及热等静压低200～500℃的温度合成高纯Ti2AlC致密材料。     

MgO-MgAl2O4复合材料的制备及在耐火材料中的应用

采用烧结海水镁砂和α-Al2O4为原料，以固相反应法制备富镁尖晶石。原料Al2O，和MgO分别按比例进行混合配料。煅烧生成的镁铝尖晶石晶种量随MgO含量和温度的变化而变化，其变化范围为5％～50％。等量配比的试样，经1000℃煅烧2h，随后于1600℃烧结4h，可观察到煅烧粉末中尖晶石相占70％。初期煅烧温度和原生的尖晶石量对烧结试样的致密性和显微结构有着重要影响。探讨了尖晶石含量与结晶化效应和显微结构的关系。     

非晶态CeO2-SiO2光催化材料制备及其性能研究

以SiO2为载体,Ce(NO3)3·6H2O为原料,采用溶胶-凝胶法,通过调控Ce/Si摩尔比例和焙烧温度,制备非晶态的CeO2-SiO2材料.研究发现,当Ce/Si摩尔比为(或小于)0.06,且焙烧温度为(或小于)400℃时,复合物中CeO2为非晶态.利用热重-差示扫描量热(TG-DSC)测试,研究了CeO2结构的形成过程.与晶态复合材料对比发现,复合物中CeO2的非晶态结构有利于提高其光吸收能力和光催化活性,但是对光生载流子分离效率的影响不大.这些结果有助于CeO2材料在光催化及其他领域的进一步应用.     

(Mg1-xCox)TiO3基微波陶瓷介电性能研究

以MgO,Co2O3和TiO2为原料,用固相反应法制备了(Mg1-xCox)TiO3(MCT)系陶瓷.研究了CoTiO3含量对其微观结构和微波介电性能的影响.结果表明:添加适量的CoTiO3,可以适当降低烧结温度,调整烧结温度范围.当掺入量为10 mol%,烧结温度为1350 ℃时,MCT陶瓷具有优良微波介电性能:εr=18.99;Q×f=154000 GHz,τf=-45 ppm/℃.     

添加CeO2对原位反应制备ZTM复相陶瓷的影响

以氧化铝和锆英石超细粉为主要原料，添加一定量的CeO2，采用原位反应烧结法制备了ZTM复相陶瓷。借助XRD、SEM分析了其显微结构，结果表明：当CeO2含量为2．4％时能得到结构较为致密、力学性能较好的ZTM复相陶瓷。     

Preparation of bioactive TiO2–MgO composite ceramics with bone-promoting properties

In the field of hard tissue repair, titanium-based materials have excellent mechanical properties and magnesium-based materials have good bioactivity, but their shortcomings are that titanium-based materials do not have good bioactivity, while magnesium-based materials are limited in application due to their rapid degradation rate. In order to give full play to the advantages of these two materials, the TiO₂–MgO composite ceramic materials were prepared by combining the two elements and sintering at high temperature. By changing sintering temperature and MgO content, the structure composition and bioactivity of composite ceramic materials can be controlled. The surface morphology, mineralization ability in vitro, cytotoxicity and bone-promoting properties of composite ceramic materials were studied. The experimental results show that high MgO content composite ceramic materials will bring too strong alkalinity to the environment, which will accelerate the mineralization ability of materials, but is not conducive to the survival of cells. Composite ceramic materials with suitable sintering temperature and MgO content have good bioactivity and bone-promoting performance, while the porous structure produced by MgO degradation is beneficial to cell spreading and can form a good combination between the material and bone tissue at an early stage. Porous structure and Mg²⁺ can adjust the bone-promoting properties of materials together. Through the above experimental research, it is found that TiO₂–MgO composite ceramic material is a new type of material which is used in the field of hard tissue repair due to its good bioactivity.     

Preparation and characterisation of closed-pore Al2O3-MgAl2O4 refractory aggregate utilising superplasticity

ABSTRACT

A novel high closed porosity Al₂O₃-MgAl₂O₄ refractory aggregate has been successfully fabricated by utilising superplasticity with Al₂O₃ and MgO as raw materials, SiC as high temperature pore-forming agent. The effects of the addition amounts of MgO and SiC on porosity, sintering behaviours, phase composition, pore size distribution and microstructure of the refractory aggregate have been investigated. The formation mechanism of the closed pore in the refractory aggregate has been discussed. The results showed that the MgO can improve the superplastic deformation ability of Al₂O₃-based ceramic at high temperature. With the content of MgO and SiC increased, the closed porosity and the pore size increased. The oxidation of SiC improved the sinterability of materials at the initial stage of sintering, and then the released gases due to the further oxidation of SiC promoted the formation of closed pores by motivating the superplastic deformation ability of Al₂O₃-based materials.     

CaO-MgO-SiO2-H2O体系的热力学基础研究

本文从热力学角度系统研究了CaO-MgO-SiO2-H2O体系及钢渣中钙镁硅矿物在水热条件下的反应特性,结果表明：在CaO-MgO-SiO2-H2O系统中,CaO优先与SiO2反应生成水化硅酸gO只能与剩余的SiO2反应生成水化硅酸镁：MgO固溶时,可促进托勃莫来石向硬硅钙石转化。而对白钙沸石向白钙镁沸石的转化影响不大,不固溶MgO时,低温型水化硅酸钙向高温型转化温度提高,钢渣鲁镁硅矿物中,镁蔷薇辉石活性最大,透辉石活性最差,钙镁橄榄石和镁黄长石介于前两者之间。     

稀土La2O3添加对氧化铝多孔陶瓷性能的影响

以煅烧α-Al2O3为原料,稀土氧化镧(La2O3)为添加剂,羧甲基纤维素为成型粘结剂,通过混料、困料、研磨、模压成型、高温烧结等工序制备了氧化铝多孔陶瓷,研究了烧结温度及La2O3添加量对氧化铝多孔陶瓷的线收缩率、体积密度、孔隙率、抗折强度和微观形貌的影响。结果表明:在相同烧结温度下,随稀土添加量的增加,多孔陶瓷的体积密度、线收缩率与抗折强度均降低,而孔隙率则逐渐增加。微观形貌与X衍射分析表明,稀土La2O3的加入,抑制了氧化铝颗粒间的烧结,并在高温下与氧化铝反应生成了片状晶体LaAl11O18,片状晶LaAl11O18阻碍了氧化铝晶粒的长大,进而抑制了坯体的收缩,最终使得氧化铝多孔陶瓷具有较高的孔隙率。     

利用复合烧结助剂改善氧化铝陶瓷力学性能初探

在复合助剂对氧化铝基陶瓷烧结性研究结果的基础上,本文继续就其力学性能进行观察,复合添加剂包括如下三部分物质：ＭｇＯ硅酸盐物质及过渡／稀土化合物,利用其综合叠加效应,在加入量不大的前提下（〈５％）不但较显著降低氧化铝陶瓷烧结温度,同时获得较好力学性能,实验发现,添加较少量（２％）硅酸盐物质材料既肯有良好的烧结性,又保证了较高强度在此特性基础上,研究了继续添加过渡／稀土化合物材料强度的影响,结果表明,     

硼泥陶粒制备工艺的优化实验研究

本文根据硼泥的化学成分设计了制备硼泥陶粒的原料比例,参考相关资料制定了陶粒的预热温度、烧结温度、烧结时间等制备工艺参数,进行基础实验.通过基础实验确定烧制硼泥陶粒的主要影响因素及适宜的工艺参数,进行正交试验,确定制备硼泥陶粒的合理原料配比和最佳的焙烧制度:预热温度450℃,焙烧温度1200℃,焙烧时间15 min.制备出硼泥陶粒试样的技术性能为:表观密度833 kg/m3,筒压强度4.7 MPa,1h吸水率2.3％,远低于吸水率≤22％的国家标准规定,既具有高强膨胀的特性,又具有极低的吸水率.     

Reactive Hot Pressing of ZrB2–SiC–ZrC Composites at 1600°C

A ZrB₂–SiC–ZrC ceramic was produced by reactive hot pressing using Zr, Si, and B₄C as raw materials. The kinetics of the reaction process was studied. The reduction of powders by ball milling is of crucial importance for the sintering. The self-propagating high-temperature synthesis reaction between the raw powders can be ignited by controlling the sintering conditions, which leads to a sintering temperature as low as 1600°C, the lowest sintering temperature reported thus far. The relative density is 97.3%, with an open porosity of 0.6%, and the mechanical properties are comparable to the composites that sintered at higher temperatures. The depletion of oxygen impurities during the sintering was discussed.     

MgO活性对新型水化硅酸镁水泥性能的影响

通过对原料轻烧氧化镁粉在不同温度下进行二次恒温煅烧1.5 h制备不同活性MgO,研究了不同活性MgO与硅灰(SF)和磷酸氢二钾(K₂HPO₄)所制备的新型水化硅酸镁水泥胶凝材料(又称水化磷硅酸镁水泥,MSPHC)的凝结时间、流动度、抗压强度、反应溶液pH值。结合X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DTG)和扫描电子显微镜(SEM)测试手段,分析其影响机理。结果表明:随着煅烧温度的升高,MgO衍射峰强度增大,MgO活性降低;活性越高的MgO制备的MSPHC净浆凝结时间越短且流动性越差,而活性适中MgO制备的MSPHC具有较好的力学性能。MSPHC最主要的水化产物是水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,另外还有Mg(OH)₂和MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成,原料轻烧氧化镁粉中的MgCO₃成分不参与体系反应。活性适中的MgO制备的MSPHC在28 d龄期内的水化产物M-S-H凝胶生成量最多,因此硬化体抗压强度最高。活性越高的MgO在MSPHC反应体系中溶解的速度越快,体系水化反应进程速度也越快。     

氧化锆/氧化铝复相陶瓷显微组织缺陷分析

针对5Y-ZrO2/Al2O3复相陶瓷出现的晶粒异常长大和晶粒开裂问题展开研究。以ZrO2和Al2O3为主要原料,采用常压烧结工艺制备陶瓷样品,利用SEM观察显微组织。分析表明:MgO对抑制Al2O3晶粒异常长大有重要影响,MgO的加入量应随着Al2O3加入量的变化而改变;烧结温度的改变将导致异常长大的Al2O3晶粒细化。当烧结温度较低时,Al2O3晶粒将在短轴方向逐渐断开成段;当温度较高时,则沿着长轴方向逐渐开裂成条状。ZrO2晶粒的断裂主要与烧结温度有关:在1630℃以上烧结时,出现裂纹并贯穿晶粒;晶粒开裂的原因是:烧结温度较高时,陶瓷中形成了t-ZrO2,在降温过程中大颗粒的t相发生t→m相变,而小颗粒t相则无法变成m相,引起局部体积变化不均匀,从而产生相变应力导致晶粒穿晶断裂。     

中国耐火原料的新近发展

介绍了过去几年中国几种主要耐火原料,如矾土基原料(包括电熔刚玉、尖晶石、莫来石)、镁质原料(包括大结晶98电熔镁砂、高铁高钙镁砂、电熔或烧结镁铬砂)和非氧化物材料(包括氮化硅铁、氮化硅)的最新发展,同时讨论了非氧化物结合的新型材料在未来几年的发展趋势.