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。     

高性能镁尖晶石质浇注料的研制

以不同粒度的电熔镁砂(≤8、≤0.088 mm)和铝镁尖晶石细粉(≤0.088 mm)为主要原料,经振动成型制备了一系列镁尖晶石质浇注料试样,探讨了镁质结合剂和活性氧化铝微粉加入量(w)分别为1%、2%、3%、4%和5%时对浇注料试样分别经110、1 000和1 600℃热处理后物理性能的影响,并将优选的合适配方试样与RH炉用烧成镁尖晶石砖进行了常规物理性能、抗热震性能和抗渣性能比较。结果表明:当镁质结合剂加入量(w)由1%增至2%时,试样经不同温度处理后的强度显著增加;但当其加入量超过2%(w)后,试样经不同温度处理后的强度尤其是在1 450℃的高温抗折强度逐渐向相反的方向变化;当活性氧化铝微粉加入量(w)由1%增至3%,试样经110℃热处理后的强度下降较快,但经1 000和1 600℃热处理后的强度和线膨胀率及高温抗折强度却呈现增加的趋势;当加入量超过3%(w)后,试样的高温抗折强度开始下降。研制的镁尖晶石质浇注料经1 600℃处理后具有较高的致密度及骨料和基质间存在微细裂纹的特征,与烧成镁尖晶石砖相比,具有较好的抗热震性能、抗渣性能和较低的高温强度。     

TiO_2对合成片状镁铝尖晶石相组成和显微结构的影响

片状镁铝尖晶石有望用于增强陶瓷基复合材料和调控浇注料的性能。为了探索片状镁铝尖晶石的低成本合成,以氧化镁和片状氧化铝为原料,分别添加3%和6%(w)TiO_2,采用固相反应法分别在1 200、1 300、1 400和1 500℃保温5 h合成镁铝尖晶石粉体,并比较了镁铝尖晶石粉体的物相和显微结构,分析TiO_2对合成片状镁铝尖晶石的影响。结果表明:TiO_2的添加能促进氧化铝与氧化镁的高温反应,并大幅度提高镁铝尖晶石的生成量,其中1 500℃下添加6%(w)TiO_2试样的合成产物中镁铝尖晶石含量为74%(w);随着合成温度的升高,更多的Al2O3固溶于镁铝尖晶石中,但在TiO_2对烧结的促进作用下,各物相结合在一起,单一片状的镁铝尖晶石逐渐减少。     

尖晶石组成和含量对RH浸渍管用方镁石-尖晶石质耐火材料性能的影响

为了研究不同尖晶石组成和含量对RH浸渍管用方镁石-尖晶石质耐火材料性能的影响,以高纯烧结镁砂、电熔镁砂、三种预合成烧结镁铝尖晶石(Al2O3的质量分数分别为50%、66%和78%)为原料制备了方镁石-尖晶石耐火材料试样。研究表明:1)加入尖晶石会降低试样的力学性能和热膨胀系数,但可显著提高试样的抗热震性;2)由于原位生成尖晶石的影响,当加入富铝尖晶石时试样的力学性能和热膨胀系数下降,抗热震性提高;3)加入的尖晶石种类和含量不同,试样的断裂机制有所不同,随着尖晶石加入量的增加以及由富镁尖晶石转变为富铝尖晶石,试样由穿晶断裂转变为沿晶断裂。综合考虑,选择富镁尖晶石且尖晶石加入量(w)为16%~18%时,试样的综合性能较优。     

TiO2含量对镁铝钛耐火材料烧结及显微结构的影响

以电熔镁砂、电熔白刚玉、电熔尖晶石、铬精矿及钛白粉为原料制备了镁铝钛试样,研究了加入不同量TiO2(分别为2%、3.5%、4%、4.5%、5%、7%和12.5%)的镁铝钛材料分别在1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1680℃、1750℃保温4~5h后的烧结状况,并对1500℃和1600℃烧后试样进行了SEM、EDAX和XRD分析。结果表明:加入质量分数为3.5%~7%的TiO2就能显著促进镁铝钛试样的烧结,同时改善其抗热震性;当煅烧温度低于1680℃时,随着煅烧温度的升高,试样的烧结程度越好,显气孔率下降,体积密度增加;试样的主晶相为方镁石,基质部分结构致密,气孔少且多呈封闭的圆孔状;基质中主晶相为方镁石,次晶相为尖晶石固溶体、钛酸钙和少量的镁橄榄石,方镁石之间、方镁石和次晶相之间的直接结合利于试样性能的提高。     

TiO2加入量对固相烧结合成镁铝尖晶石致密化行为的影响

以低品位菱镁矿和工业α氧化铝微粉为主要原料固相烧结合成镁铝尖晶石,探讨TiO2添加剂对合成镁铝尖晶石致密化行为的影响.用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及相关分析软件对烧后试样的相组成和显微结构进行研究,以揭示镁铝尖晶石烧结致密化的过程机理.研究结果表明:添加剂TiO2与形成镁铝尖晶石的置换固溶作用是促进固相合成镁铝尖晶石烧结致密化的重要机理,阳离子空位的产生以及镁铝尖晶石的晶格缺陷,高温下有利于镁铝尖晶石的晶体发育和长大,在空间位阻效应的作用下,达到排除气孔使试样致密化的目的;随着TiO2加入量的增多,镁铝尖晶石的致密化程度也逐渐升高,能够有效的改善制品的烧结性能和显微结构.     

SiC加入量对MgO-MgAl2O4-SiC材料性能的影响

以电熔镁砂颗粒(3~1 mm,≤1 mm)、电熔镁砂粉、镁铝尖晶石粉和SiC粉为原料,研究了SiC加入量(w)分别为5%、10%、15%、20%时对MgO-MgAl2O4材料经1 100℃和1 500℃保温3 h后的物理性能、抗氧化性能以及1 600℃保温3 h后的抗渣性能的影响。结果表明:加入SiC有利于提高材料的烧后强度。材料经1 100℃处理后,SiC几乎完全氧化;1 500℃烧后表明,当SiC加入量不超过10%时,抗氧化性能随着SiC加入量增加而增强;超过10%时,反而降低;1 600℃烧后表明,随着SiC加入量的增加,试样抗渣性能有所下降。对1 500℃烧后试样进行XRD和SEM分析发现,在试样氧化层中生成大量的镁橄榄石。     

两种镁源反应烧结合成镁铝尖晶石

分别以轻烧菱镁矿粉和分析纯MgO粉为镁源,以工业α-Al2O3粉为铝源,按n(MgO):n(Al2O3)=1:1的比例配料,经球磨混合、机压成型后,分别在1 550、1 600和1 650℃保温3 h合成了两种不同镁源的镁铝尖晶石试样,对比检测了两种试样的致密度、强度、物相组成和显微结构的差异。结果表明:1)利用两种不同镁源合成试样的致密度和强度均随合成温度的升高而增大,在合成温度相同时,以轻烧菱镁矿为镁源的试样的致密度和强度较高。2)以轻烧菱镁矿为镁源、1 650℃合成的试样的主晶相为尖晶石,还有少量CA2和CaSiO3,其尖晶石晶体发育较好,八面体形态可辨;以分析纯MgO为镁源、1 650℃合成的试样中只有单相镁铝尖晶石,但尖晶石晶体发育较差,只有少数形成较完整的八面体形态。3)轻烧菱镁矿中SiO2、CaO杂质的存在有利于试样中形成CaO-Al2O3-MgO-SiO2系低熔点相,促进镁铝尖晶石晶体的发育及试样的烧结。     

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。     

铝型材废渣制备镁铝尖晶石的研究

以铝型材碱蚀渣为主要原料,采用半干法成型,经烧结制备镁铝尖晶石。实验结果表明:Mg O:Al_2O_3摩尔比为1:1,烧结温度1500℃保温1 h时,制备出的镁铝尖晶石含量较高;烧结温度的提高,对形成镁铝尖晶石有利;添加烧结助剂Ti O_2和H_3BO_3,能提高镁铝尖晶石试样密度,两者比较,Ti O_2提高镁铝尖晶石密度优于H_3BO_3,Ti O_2加入量4%为宜。     

MgO-MgAl_2O_4-ZrO_2分系亚固线温度相关系

以分析纯的MgO粉、Al_2O_3粉和ZrO_2粉为原料制备了ZrO_2含量(w)分别为20%、30%和40%的3组Ф10 mm×10 mm的圆柱样,分别经1 600℃保温5 h、1 700℃保温0和1 800℃保温7 h烧结后,借助于场发射扫描电镜研究了MgO-MgAl_2O_4-ZrO_2分系组成的显微结构。结果表明:1)在1 600～1 700℃温度范围内,MgO-MgAl_2O_4-ZrO_2分系材料为固相反应,呈方镁石、尖晶石和ZrO_2(固溶Mg~(2+))三相共存,尖晶石化影响致密程度; 2) ZrO_2为40%(w)的试样经1 800℃烧后,为非均态熔融的显微结构,部分区域可形成典型的MgO+MgAl_2O_4+ZrO_2三元共晶,其组成(w)为:MgO 35. 2%～37. 2%,Al_2O_324. 2%～26. 6%,ZrO_237. 2%～39. 8%。     

镁铝尖晶石粉加入量对MgO-MA质材料性能的影响

为了降低炭素焙烧炉火道墙用耐火材料的热膨胀率,从而降低炭素焙烧炉的热耗,以重烧镁砂和电熔镁砂为骨料,电熔镁砂粉和烧结镁铝尖晶石(MA)粉为基质,分别于1 500、1 550、1 600℃保温3 h热处理后制备了MA加入质量分数分别为5%、10%、15%、20%的MgO-MA质材料,并重点研究了MA粉加入量对1 500℃烧后试样致密度、热膨胀性能和显微结构的影响。结果表明:MA细粉的引入降低了MgO-MA质材料的致密度,但也降低了其热膨胀率,有利于改善材料的热膨胀性能。结合体积密度与常温耐压强度来看,MgO-MA质材料基质中MA粉的加入量不宜超过5%(w)。     

ZrO2加入量对镁铝铬不烧砖性能的影响

以电熔镁砂、高纯镁砂、α-Al2O3微粉和Cr2O3微粉为主要原料,研究了ZrO2加入量对镁铝铬不烧砖热膨胀性以及烧后试样常温性能及抗热震性的影响。结果表明:加入ZrO2可以减弱镁铝铬不烧砖试样在1 100～1 300℃时的线膨胀率增大趋势,并降低线膨胀系数的最大值。镁铝铬不烧砖烧后试样的烧后线变化率、显气孔率、常温抗折强度和耐压强度随着ZrO2加入量增加而逐渐增大;当ZrO2加入量(w)为6%时,镁铝铬不烧砖试样的抗热震性最好。     

电熔铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石浇注料挂窑皮性的影响

为提高水泥回转窑用耐火材料的挂窑皮性能,延长使用寿命。以高纯镁砂、电熔铁铝尖晶石和硅灰为主要原料,六偏磷酸钠为结合剂,研究了电熔铁铝尖晶石的加入量(质量分数分别为6%、8%、10%和12%)对镁铁铝尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:随着电熔铁铝尖晶石加入量的增加,试样的常温耐压强度和体积密度先增大后减小,在加入量为10%(w)时,试样的耐压强度和体积密度最大。经过高温热处理后,电熔铁铝尖晶石中的Fe~(2+)和方镁石中Mg~(2+)发生离子交换反应形成的环状裂纹,对镁铝铁浇注料结构的柔韧性有良好的促进作用;同时Fe~(2+)向镁砂中扩散,提高了试样的挂窑皮性能。综合各项性能,电熔铁铝尖晶石加入量为10%(w)时,镁铝铁浇注料的体积密度和常温耐压强度最大,挂窑皮性能也最优。     

单斜氧化锆加入量对方镁石-尖晶石材料性能的影响

为了进一步提高方镁石-尖晶石质耐火材料的性能,在以电熔镁砂颗粒(粒度为3~1和≤1 mm)、电熔镁砂细粉(粒度≤0.088 mm)和烧结尖晶石颗粒(粒度≤1 mm)为主要原料的方镁石-尖晶石质耐火材料中,分别添加质量分数为0、2%、4%和6%的单斜氧化锆细粉(≤0.088 mm),经混练、成型、干燥后,分别在1 600和1 700℃保温3 h烧成,检测烧后试样的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度、抗热震性和加热永久线变化,并分析部分试样的物相组成和显微结构。研究表明:1)添加单斜氧化锆细粉会提高烧后试样的烧后收缩和致密度,降低试样的常温强度和弹性模量;当单斜氧化锆加入量为2%(w)时,试样的抗热震性最佳。2)随着烧成温度的提高,试样的烧后收缩和致密度均增大,常温强度变化不大。1 700℃烧成后,Zr O2除了以mZr O2形式存在外,还有少量t-Zr O2和Al0.1Zr0.9O1.95存在,增加了材料的直接结合程度。3)当单斜氧化锆细粉加入量为2%(w),烧成温度为1 700℃时,烧后试样的综合性能较优。     

刚玉细粉加入量对MgO-MA质耐火材料性能的影响

为提高方镁石-镁铝尖晶石(MgO-MA)质耐火材料的性能,分别以质量分数为0、1. 6%、3. 2%、4. 8%、6. 4%、9. 6%、12. 8%和16%的刚玉细粉替代基质中的镁砂细粉,借助热力学软件Factsage计算了不同刚玉细粉加入量对应的尖晶石理论生成量,通过XRD和SEM对试样的物相组成及微观结构进行分析,研究了刚玉细粉加入量对MgO-MA质耐火材料力学性能、抗热震性能和抗渣性能的影响。结果表明:当刚玉细粉加入量(w)为3. 2%时,在渣与试样界面处生成了致密的尖晶石保护层,对试样的抗渣性能有所改善;同时尖晶石生成过程中产生的体积膨胀,在一定程度上改善了试样的抗热震性能。当刚玉细粉加入量超过3. 2%(w)时,生成较多的尖晶石,使得试样产生较大的体积膨胀,力学性能开始下降;当加入量超过9. 6%(w),经1 600℃热处理后的试样有明显开裂,试样整体性能下降明显。     

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。     

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.     

SiC加入量及烧成气氛对MgO-MgAl_2O_4质耐火材料性能的影响

为改善炭素焙烧炉火道墙的导热性能,以高纯镁砂(5~2、≤2和≤0.088 mm)和预合成镁铝尖晶石(≤1 mm)为原料,SiC粉(≤0.088 mm)为添加剂,热固性酚醛树脂为结合剂,经配料、成型、烘干、1 500℃热处理3 h后,制备了MgO-MgAl_2O_4质耐火材料试样,并分别研究了SiC粉的加入量(质量分数分别为0、1%、2%、3%和4%)和烧成气氛(空气气氛或埋炭气氛)对MgO-MgAl_2O_4质耐火材料性能和显微结构的影响。结果表明:当SiC加入量为3%(w)时,经空气气氛烧后试样综合性能最好;当SiC加入量为4%(w)时,经空气气氛烧后试样的中心部位SiC氧化成SiO气体,形成边缘致密而中心疏松的蓄热体结构,热导率急剧下降;加入SiC后经埋炭烧后试样,由于SiC被氧化成SiO气体,导致试样孔隙率增加,试样的强度及热导率有所下降。     

铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石砖的性能影响

为了研究铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石砖的性能影响,本实验以粒度为3~1 mm、1~0 mm、≤0.088 mm的97高纯镁砂和1~0 mm的电熔铁铝尖晶石为原料,讨论了铁铝尖晶石加入量分别为3%、6%、9%、12%和15%时镁铁铝尖晶石砖的性能,利用XRD分析了试样的物相变化,采用SEM分析了烧后试样的微观结构。结果表明:铁铝尖晶石加入量为6%时,镁铁铝尖晶石砖有较高的体积密度和耐压强度以及较低的显气孔率,铁铝尖晶石加入量越多,镁铁铝尖晶石砖的荷重软化温度越低,铁铝尖晶石加入量3%~6%之间为宜。从显微结构照片中可以看出铁铝尖晶石周围生成的尖晶石环和环形裂纹,这是高温过程中部分铁铝尖晶石与方镁石发生离子交换反应所致,这种结构对镁铁铝尖晶石砖的结构柔韧性起着一定的作用。