Al2O3—ZrO2—SiO2系相图结构特征的研究

按照Al_2O_3/SiO_2比值,在Cevales给出的Al_2O_3-ZrO_2-3Al_2O_3·2SiO_2系的无变量点附近选择了6个组成,对其进行了熔体自然冷却、缓冷和淬冷析晶试验,并对析晶后的试样进行了XRD、SEM和EDAX分析,结果表明:(1)相平衡关系与Cevales给出的Al_2O_3-ZrO_2-3Al_2O_3·2SiO_2系相图的结构特征吻合得很好,其无变量点为低共熔点;(2)莫来石晶相的Al_2O_3/SiO_2比值波动于A_3S_2-A_(?-7)S之间,与Aramaki和Roy测定的Al_2O_3-SiO_2系莫来石稳态固溶体的Al_2O_3上限含量为74.3％是一致的;(3)析晶的单一莫来石晶相的EDAX能谱中不存在Zr谱线,ZrO_2在莫来石中的固溶问题,应进一步研究。     

还原气氛下ZrO_2-Al材料在加热过程中的组成和结构演变

为了解决加入金属Al粉的含锆耐火制品在高温下易产生裂纹、开裂的问题,以单斜Zr O_2粉、金属Al粉、复合稳定剂Mg CO_3·Mg(OH)_2·6H_2O和Y(NO_3)_3·6H_2O为主要原料,研究了加入不同量Al粉的Zr O_2-Al材料在埋炭条件下于1 000、1 200、1 400和1 500℃加热过程中性能、物相组成和显微结构的演变。结果表明:当Al粉加入量超过1%(w)时,热处理后试样产生较多裂纹,导致试样强度急剧降低。在加热过程中,Al与气氛中的O_2、CO和N_2反应生成Al_2O_3和Al N,生成的Al_2O_3再与试样中的稳定剂Mg O发生反应生成Mg Al_2O_4导致Zr O_2失稳,而Zr O_2失稳导致的体积效应以及生成Mg Al_2O_4和Al N产生的膨胀导致试样产生裂纹。因此,在锆碳和铝锆碳材料中添加金属Al时,其加入量不宜太多,以不超过1%(w)为宜。     

Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2系相关系的再研究

借助高分辨力FESEM-EDS重新研究了Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2系相关系。研究结果认为:1)在A-Z-M分系的Zr O_2含量(w)分别为30. 00%和33. 26%,Al_2O_3、SiO_2物质的量比分别为1. 50和1. 75的2个试样中,没有发现莫来石-刚玉-ZrO_2三元共晶,只发现莫来石-ZrO_2(M+Z)二元共晶;(M+Z)共晶在形态上保持莫来石基晶的结晶习性,呈微米级共晶和纳米级共晶。2)在组成落在ZS-M连线上,Al_2O_3、SiO_2物质的量比分别为0. 26、0. 59、0. 80、1. 10的4个试样中,均没有发现锆英石晶相,均有初晶ZrO_2、莫来石和玻璃相;随着Al_2O_3、SiO_2物质的量比增大,莫来石增多、增大,并且出现少量的(M+Z)共晶,玻璃相中析出纳米级t-ZrO_2晶。3) M-ZS-S分系的SiO_2含量为90%(w)的试样在1 600℃保温3 h热处理条件下均熔,自然冷凝后呈玻璃态,并发生纳米-亚微米级t-ZrO_2析晶;没有发现所谓的锆英石-莫来石-方石英三元共晶。     

Y_2O_3和TiO_2对Mg_(4.68)Al_(2.64)Zr_(1.68)O_(12)合成的影响

以分析纯的Mg O、烧结尖晶石、活性α-Al2O3、电熔单斜氧化锆为原料,采用淬冷法研究了Y2O3和Ti O2对Mg4.68Al2.64Zr1.68O12合成的影响。结果表明:当温度为1 710℃,Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成优先于Y2O3、Ti O2在Zr O2中的固溶,Zr O2固溶体须脱溶出Y2O3、Ti O2,才能参与Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的反应,其稳定性与Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成率呈反比。Y2O3质量分数小于1.0%时对Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成影响不大,超过1.5%时不利于Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成,但却有利于试样的致密化及Zr O2晶粒细化。Ti O2较Y2O3稳定Zr O2的效果差,其能同时促进Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成及晶粒长大,其加入量以1.0%质量分数为佳。     

ZrO2-TiO2二元系的热力学参数优化与相图计算

为获得与实验数据有很好自洽性的ZrO-TiO2系相图,在评估ZrO2-TiO2系现有的相图和热力学数据的基础上采用CALPHAD技术进行了相图的优化计算,并对一些存在分歧的相进行了分析.对α-ZrO2,β-ZrO2 γ-ZrO2,β-(Zr,Ti)2O4,α-(Zr,Ti)2O4,ZrTi2O6,金红石型TiO2和液相分别采用了置换溶液模型以及化合物能量模型进行了处理.计算结果与相图的大部分最新的实验结果在误差范围内吻合较好.     

MgAlON-MgAl_2O_4复合材料的制备与性能研究

为了制备具有良好性能的MgAlON-MgAl_2O_4复合材料以替代含铬耐火材料,以电熔镁铝尖晶石(粒度1~3、≤1和≤0.074 mm)、活性α-Al_2O_3粉(2~5μm)、Al粉(≤0.074 mm)、Mg O粉(≤0.044 mm)为原料,采用原位生成MgAlON的方法制备了MgAlON-MgAl_2O_4复合材料。通过调整配料中α-Al_2O_3粉+Al粉+Mg O混合粉(三者的质量比固定为76∶12∶12)的加入量(在整个固态配料中的质量分数分别为15%、20%、25%和30%)来调整MgAlON的设计生成量,研究了MgAlON设计生成量对MgAlON-MgAl_2O_4复合材料致密度、常温强度、物相组成和显微结构等的影响。结果表明:1)随着α-Al_2O_3-Al-Mg O混合粉加入量的增加,复合材料中MgAlON相生成量增多;但当α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量达到30%(w)时,复合材料中有副产物Al4O4C生成。2)随着α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量从15%(w)增加到25%(w),复合材料中MgAlON晶粒发育程度逐渐变好,与MgAl_2O_4颗粒的结合也逐渐紧密;但当α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量达到30%(w)时,复合材料基质中有明显微气孔出现,致密性和均匀性变差。3)随着α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量的增加,复合材料的烧后体积密度和显气孔率变化不大,常温耐压强度和常温抗折强度变化明显,烧成线变化率由微收缩变为微膨胀。4)综合考虑,α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量为25%(w)的试样的性能最佳。     

Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成机理

以分析纯的MgO、活性α-Al2O3、电熔单斜锆为原料,采用淬冷法研究了Mg5+x Al2.4–x Zr1.7+0.25x O12(–0.4≤x≤0.4)的化学组成、热处理温度对合成MgO–MgAl2O4–ZrO2系三元化合物的影响,并对其合成机理进行了分析。结果表明:当温度低于1 650℃时,主要为MgAl2O4的形成及其晶粒长大过程;当温度高于1 650℃时,MgO与ZrO2向MgAl2O4扩散,反应形成了Mg4.68Al2.64Zr1.68O12;当温度为1 740℃时,Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成趋于完全,其合成率达到89.5%,残留的MgAl2O4和ZrO2主要分布在Mg4.68Al2.64Zr1.68O12晶内;在合成温度为1 760℃、x=–0.2条件下,Mg4.68Al2.64Zr1.68O12的合成率最大,高达89.99%,且其晶粒发育最为完善;Mg4.68Al2.64Zr1.68O12在低温下分解成MgO、MgAl2O4和C-ZrO2共析体,实现了MgAl2O4和ZrO2的高度分散。     

ZrN–Si_3N_4–Y_2O_3复合材料的相组成（英文）

采用不同组分的Zr N、Si_3N_4和Y_2O_3混合粉末,在1 750℃高温固相反应合成Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3复合材料,借助于X射线衍射仪表征6种按不同比例混合样品的物相组成。结果表明:在Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3三元系统中,Zr N分别与Si_3N_4、Y_2O_3和Y2Si3O3N4(M相,黄长石结构)共存;M相为Si_3N_4和Y_2O_3在摩尔比为1:1时的产物,Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3三元系统扩展为Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3–Si O2四元系统,在该四元系统中,Zr N分别与M相、Y4Si2N2O7(J相,单斜Y4Al2O9结构)及Y5(Si O4)3N(H相,磷灰石结构)3种含钇硅酸盐及Si_3N_4、Y_2O_3共存。其中,J相和H相分别是Si2N2O(Si_3N_4和Si O2在摩尔比为1:1时的产物)和Y_2O_3在摩尔比分别为2:1和9:5时的产物。用Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3体系相图可解析制备Zr N陶瓷和Zr N/Si_3N_4复合陶瓷的相组成。     

相图及其应用实例 (Ⅱ)三元相图

就受过无机金属材料专业大专教育的科技工作者来说,在大学时代系统学习凝聚系统相平衡和相图时,大都以培养训练看相图的能力作为中心,而且也多以培养训练看三元相图为重点的。这里拟结合Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2系三元相图系统地谈一谈看相图和用相图的一般步骤。对于Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2系相图,我们曾     

Fe_2O_3和Al_2O_3促进MgO烧结的机制研究

为了提高Mg O的烧结性能,设计了纯Mg O、加入0.5%(w)Fe_2O_3的Mg O和加入0.5%(w)Al_2O_3的Mg O共3组配方,经球磨混练、自然风干、成型、干燥后,在1 500℃保温1 h烧成,然后采用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和配有能谱仪的扫描电子显微镜对烧后试样进行表征,并分析Fe_2O_3和Al_2O_3促进Mg O烧结的机制。结果表明:加入Fe_2O_3或Al_2O_3能提高Mg O在1 500℃保温1 h烧后的致密度。其促烧结机制为:增加Mg O晶体内双空位浓度,提高O~(2-)扩散速率;生成Mg Fe_2O_4、Mg Al_2O_4、Mg(Fe,Al)_2O_4、Fe Al_2O_4和(Mg,Fe)O,活化Mg O晶格。     

Al稳定立方相Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质的场助烧结制备

石榴石型结构的固态电解质Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)因其良好的力学性能、化学稳定性、高离子电导率等特点有着广阔的应用前景。Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)具有四方相和立方相两相,其中立方相比四方相有更高的离子电导率(~10~(-3) S/cm)。本文利用场助烧结的制备方法,通过在Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)体系中掺杂Al~(3+)来稳定立方相的生成,制备了高离子电导、高致密的立方相Li_7La_3Zr-2O_(12)(LLZO)电解质,探究了Al~(3+)在立方相LLZO中的存在形式。实验采用FESEM、XRD、NMR和交流阻抗等方法研究了固体电解质的表面形貌、物相、Al~(3+)的存在形式及离子电导率。实验结果表明,在1150℃烧结温度下,Al2O3含量为1.5wt.%时,LLZO在室温下具有最高的离子电导率5.7×10~(-4) S/cm,Al位于LLZO晶粒中取代四面体中的Li,且相对密度约为99.8%。     

纳米金属氧化物导热硅脂的制备及导热性能的研究

采用沉淀法,以金属硝酸盐和混合碱为原料,制备了一系列纳米Mg(OH)_2和Al(OH)_3,并经过程序升温焙烧制备了纳米Mg O、Al_2O_3及其混合物Mg O·Al_2O_3,采用X-射线衍射仪对其结构进行了表征。以二甲基硅油为基体制备了导热硅脂,并用导热系数测定仪对其性能进行了测试。结果表明,Mg(OH)_2、Al(OH)_3及Mg O和Al_2O_3具有良好的晶体结构,将其作为填料制备导热硅脂可以改善其导热性能。添加66.7%(Vol.)的Mg O、Al_2O_3及Mg O·Al_2O_3得到的导热硅脂,其导热系数分别为:1.12、0.72和0.93 W/(m.K),导热性能顺序为:Mg OAl_2O_3Mg O.Al_2O_3。     

CaF_2-CaO-Al_2O_3-MgO-SiO_2系精炼渣性能研究

铝热还原制备铜铬合金时,合金中会存在气孔以及Al2O3,Cr2O3等夹杂物,采用电渣重熔工艺可有效去除气孔以及夹杂物等缺陷.根据Al2O3,Al2O3-Cr2O3以及Al2O3-CaF2等相图,选用CaF2-CaO-Al203-MgO-SiO2渣系精炼铜铬合金.测量研究了五元渣系的黏度、密度、表面张力以及电导率等性能.结果表明,当CaO/Al2O3质量百分比一定时,随着温度升高,熔渣黏度下降,电导率升高.1500℃时,黏度最低只有0.013 Pa·s,电导率可达1.22(Ω·cm)-1.随着温度升高,熔渣表面张力降低.渣样表面张力均小于0.50 N/m,密度约为2.70 g/cm3.五元渣具有较小的表面张力和良好的流动性,具有良好的精炼效果.     

相图原理研究Na_2O-B_2O_3-SiO_2;BaO-B_2O_3-SiO_2;Na_2O-K_2O-SiO_2和CaO-MgO-SiO_2系统玻璃性质(比重、折射率)

本文应用相图模型,对Na_2O—B_2O_3—SiO_2;BaO—B_2O_3—SiO_2;Na_2O—K_2O—SiO_2和CaO—MgO—SiO_2玻璃系统的性质(比重,折射率)进行了研究,应用相图模型方法的计算值和实验值比较,二者在变化的规律性方面,完全一致。相图模型认为:玻璃和晶体具有相似的结构,多成分的玻璃则是相图中最邻近的同成分熔融化合物组成的混合物。且各化合物的量符合“杠杆原理”。     

Al_2O_3含量及热处理温度对Al_2O_3-SiO_2系浇注料抗铝液侵蚀性的影响

采用坩埚法和浸泡法研究了不同Al2O3含量(质量分数分别为80%~85%、65%~70%、40%~45%、25%~30%)及不同温度(分别为110、800、1100和1 400℃)热处理后的Al2O3-SiO2系浇注料的抗铝液侵蚀性,借助电镜和能谱分析研究了被850℃铝液侵蚀后试样的显微结构。结果表明:(1)随着Al2O3含量的增加,Al2O3-SiO2系浇注料的抗铝液侵蚀性增强;(2)在1 100℃热处理后,浇注料的抗铝液侵蚀性最差;(3)铝液渗入浇注料内部后,铝液中的Al和Mg与浇注料中的石英和莫来石相发生反应,将SiO2还原成Si,Al和Mg则氧化成Al2O3和MgO,MgO进而与Al2O3反应生成尖晶石,破坏试样的结构;(4)对于Al2O3含量较高的Al2O3-SiO2浇注料,尖晶石富集层较致密,可阻止铝液继续向浇注料内部渗透。     

MgO与Al2O3对Al-MgO-Al2O3体系中MgAlON形成机理的影响

以电熔镁砂、α-Al_2O_3微粉、板状刚玉、白刚玉、金属铝及高纯镁砂为原料,铝酸镁溶胶为结合剂,氮气条件下1 700℃保温4 h分别制备了MgO基和Al_2O_3基Al-MgO-Al_2O_3复合材料。研究了氮气低氧分压条件下MgO和Al_2O_3稳定性差异对Al-MgO-Al_2O_3复合材料微观结构的影响并揭示了MgO基和Al_2O_3基中MgAl ON形成机理。结果表明:在氮气低氧分压条件下,MgO比Al_2O_3更不稳定;在1 000℃以上随着温度的升高,体系MgO和Al_2O_3反应形成MgAl_2O_4,随着温度的升高,C-O_2反应的进行,体系内氧分压逐渐降低,MgO不稳定,分解为Mg(g)和O_2(g)。在MgO基体系中,MgO分解量较多,导致局部氧分压升高,金属Al部分将被氧化成Al_2O(g),与N_2(g),Mg(g)和O_2(g)发生反应,生成片状MgAl ON:Al_2O(g)+O_2(g)+N_2(g)+Mg(g)→MgAl ON(s)。而在Al_2O_3基体系中,由于MgO分解量减少,氧分压较低,高温下金属Al转变成Al(g),与N_2(g),Mg(g)和O_2(g)反生反应生成板片状MgAl ON:Al(g)+O_2(g)+N_2(g)+Mg(g)→MgAl ON(s)。     

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%。     

添加剂对ZrO_2-MgO系湿敏陶瓷湿阻性能的影响

本文研究了ZrO_2-MgO系湿敏陶瓷Zr/Mg比及添加剂对其湿阻性能的影响,摸索了有关配方和工艺。实验结果表明,提高Zr/Mg比,并引入某些M_2O_3(M为三价金属元素)外加剂对湿阻性能有利,但低温下元件的阻值仍较高。进一步添加外加剂如Li_2CO_3,可使湿阻性能得到改善。     

烧成时刚玉莫来石堇青石耐火材料的相组成的变化

对在1673K、1723K及1773K温度下(相当于并存相配合比不同的MgO-Al_2O_3-SiO_2系的亚固液相曲线区域)烧成2小时后经过不同制度冷却之后的刚玉莫来石堇青石耐火材料的相组成的变化做了分析。结果表明,由于发生固相可逆反应,此类材料的相组成有可能发生转化。对于实际相组成偏离于理论组成的原因做了分析,并找出了其偏离特征。综合了在MgO-Al_2O_3-SiO_2系相图高铝区域内的理论研究和实验研究成果。     

TiO_2-ZrO_2聚合溶胶形成过程的小角X射线散射研究

由金属醇盐(M(OR)_4)水解制备溶胶的方法已广泛应用于溶胶-凝胶法制备纳米孔无机膜。通过控制异丙醇钛[Ti(i-OC_3H_7)_4]和正丙醇锆[Zr(n-OC_3H_7)_4]的混合物在异丙醇(i-C3H7OH)中水解制备聚合型TiO_2-ZrO_2溶胶,利用小角X射线散射方法(SAXS)研究了初始反应混合物Ti(i-OC_3H_7)_4:Zr(n-OC_3H_7)_4:H2O:i-C_3H_7OH=0.9:0.1:m:30(摩尔比,m=1.8,2.0,2.2)形成TiO_2-ZrO_2溶胶的过程,探讨了水与醇盐摩尔比H_2O/M(OR)_4(M=Ti+Zr)、反应温度和正丙醇锆对TiO_2-ZrO_2溶胶形成的影响。研究结果表明,H_2O/M(OR)_4=1.8时,只有少量胶粒形成;H_2O/M(OR)_4=2.0~2.2时,TiO_2-ZrO_2溶胶中胶粒具有质量分形结构,分形维数1.2≤Dm1.4;随着H_2O/M(OR)_4增加,胶粒的形成时间缩短,胶粒大小和分形维数均增大,溶胶的稳定性显著下降。升高反应温度有利于胶粒形成。[Ti(i-OC_3H_7)_4+Zr(n-OC_3H_7)_4]混合物比Ti(i-OC_3H_7)_4水解快,H_2O/M(OR)_4相同时,TiO_2-ZrO_2溶胶比TiO_2溶胶稳定性差。