AZS煅烧过程研究

研究了含ZrO_2约18％的ZrO_2-Al_2O_3-SiO_2系耐火材料从生坯煅烧至1600℃所发生的结晶相变化和AZS煅烧过程中锆石的分解温度。利用X-射线衍射、光学显微镜和透射电子显微镜等方法分析了在不同温度下煅烧后急冷的试样,并用生坯直接在高温X-射线衍射仪上检验,对各种测试结果进行分析对比表明,用高温X-射线衍射分析方法与将试样煅烧、急冷后作X-射线衍射分析的结果是一致的。1400～1520℃(特别是1450～1500℃)是AZS煅烧过程中物相变化最激烈的温度范围。要获得矿相组成为斜锆石、刚玉、莫来石的AZS耐火材料,烧成温度必须大于1520℃,要使结构致密,烧成温度必须大于1600℃。     

反应烧结ZrO_2-莫来石瓷的研究

本文研究了ZrSiO_4—Al_2O_3反应烧结过程以及反应烧结ZrO_2-莫来石瓷的性质。采用分段反应烧结法,试样的断裂韧性K_(1c)值达到4.0MPam~(1/2),较合成莫来石高一倍。通过真比重测定及x-射线衍射分析,研究了ZrSiO_4—Al_2O_3化学反应的进程。结果表明该化学反应产生一定量的非晶相,其含量与温度有关。莫来石的晶格常数在化学反应初期有较大的变化,这一变化与莫来石化学组成的变化有关。莫来石是由ZrSiO_4分解的非晶SiO_2与Al_2O_3反应形成的。用x-射线衍射、扫描电镜和电子探针等研究了试样的相组成和显微结构。结果表明,ZrO_2主要以单斜相的形式存在,ZrO_2颗粒呈球形,反应烧结试样中晶粒尺寸较大,热压试样晶粒尺寸较小,但存在有团聚现象。该系统的增韧机理可能是微裂纹和裂纹偏转增韧。     

ZrSiO_4-Al_2O_3反应烧结过程的研究

本文通过测定试样真密度、烧成收缩、相对密度以及XRD和SEM,对ZrSiO_4-Al_2O_3反应烧结过程进行了系统研究。结果表明,化学反应于1380℃开始,在1400—1420℃迅速进行。该化学反应产生一定量的非晶相,其含量与温度有关。莫来石的晶胞常数在反应初期有较大变化,这一变化是由莫来石的化学组成变化产生的。莫来石是由ZrSiO_4分解的非晶SiO_2与Al_2O_3反应形成的。上述化学反应对致密化产生不利影响,其程度与液相量有关。采用分段反应烧成制度可以提高试样烧结性能。     

添加物对刚玉制品的热稳定性的影响

在用以制造耐火材料的工业Al_2O_3中添加≤10～15％ZrO_2或ZrSiO_4能增加1580～1750℃烧结的制品的热稳定性,然而在用以制造烧结刚玉的高温煅烧的粒状A1_2O_3熟料中添加同样数量的ZrO_2或ZrSiO_4则显著降低热稳定性,加入20％(重量百分     

原料中添加ZrSiO_4对高铝质耐火材料性能的影响

原料中添加ZrSiO_4后,高铝质耐火材料的相组成、显微结构、高温力学性能和高温使用性质产生一系列变化.ZrSiO_4分解出的单斜ZrO_2颗粒及集合体所形成的微裂缝,一方面弱化了基质,使强度与荷重软化点随ZrSiO_4加入而下降;另一方面此微裂缝能缓冲能量和应力,使热震稳定性大为改善.同时,添加ZrSiO_4后,增加了液相粘度,形成保护膜,内部ZrO_2-Al_2O_3-A_3S_2结构有效地抵抗了Ca~(2 )、K~ 、Na~ 等离子之扩散,抗浸蚀性能显著提高.     

矾土均质料的烧结性能研究

将经湿法均化以及真空练泥工艺生产的矾土均质料生坯在1 100~1 600℃烧成,并在1 600℃分别保温1、4和7 h,分析了煅烧过程中的物相反应,研究了煅烧制度对均质料烧结性能的影响。结果表明:1)矾土生料经过一系列均化处理后,使得水铝石和高岭石分布更加均匀,水铝石分解形成的α-Al2O3和高岭石分解形成的非晶质SiO2接触更加容易,从而加快了二次莫来石化的进程;2)升高温度时,矾土均质料的体积密度增加,二次莫来石化程度增大,莫来石含量增加,莫来石相和刚玉相发育较好,最佳煅烧温度为1 600℃;3)适当延长保温时间可以促进矾土均质料的致密化,但保温时间不宜过长,最佳煅烧制度为1 600℃保温4 h。     

MgO含量对Al_2O_3/ZrO_2/莫来石复相陶瓷性能的影响

采用ZrSiO_4和Al_2O_3为原料,通过无压烧结法制备了不同MgO含量的Al_2O_3/Zr O_2/莫来石复相陶瓷,研究了复合陶瓷的显微组织、弯曲强度、断裂韧性和抗热震性能。结果表明:添加MgO有利于ZrO_2四方相的稳定,从而提高了陶瓷的弯曲强度、断裂韧性和抗热震性。MgO添加量为4%时,Al_2O_3/ZrO_2/莫来石复相陶瓷的弯曲强度达到最大值365 MPa,陶瓷的断裂韧性达到5.31 MPa·m~(1/2)。复相陶瓷热震后强度的损失率仅为5.61%。     

鱼雷车用高铝耐火材料的渣浸蚀

渣中碱化合物浸蚀鱼雷车使用的高铝砖中的莫来石和Al_2O_3相。渣中的钙和荧石与Si0_2反应,生成Ca_(10)Si_3O_(15)F_3化合物。这种化合物与耐火材料中的Al_2O_3反应,生成钙黄长石另外,耐火材料的SiO_2同氧化钙和莫来石反应,生成钙长石 钙长石,钙黄长石和假硅灰石在1265℃低共熔温度时,达到相应平衡     

含碳耐火材料中添加ZrB2的性状和效果

添加抗氧化剂是抑制含碳耐火材料氧化的最好方法之一。本文论述MgO-C和Al_2O_3-C系耐火材料添加ZrB_2的性状和效果。ZrB_2在抑制高于700℃尤其低于1200℃温度下含碳耐火材料的氧化是很有效的。此时,ZrB_2与CO(气)反应生成ZrO_2、B_2O_3和C,其反应式为: ZrB_2(固)+5CO(气)=ZrO_2(固)+B_2O_3(液)+5C(固)也就是ZrB_2把CO(气)还原成C(固),而形成的B_2O_3与MgO或Al_2O_3反应形成液相保护层。但随着温度的升高B_2O_3气化,使ZrB_2抑制氧化的效果降低。     

煅烧温度与保温时间对合成莫来石材料结构与性能的影响

本研究是利用铝型材厂污泥与叶腊石合成莫来石材料.主要探讨煅烧温度和保温时间对莫来石合成料中形成的晶相、微观形貌及其含量的影响;从中确定较佳的煅烧温度和保温时间.采用XRD法和SEM法表征各试样形成的晶相和显微结构;用Rietveld Quantification 法确定各试样中各晶相的含量.实验结果表明不同煅烧温度和保温时间各试样形成的主晶相都是莫来石固溶体(Al4.59Si1.41O9.7),确定较佳煅烧反应温度为1600 ℃,较佳煅烧保温时间为3 h,对应的莫来石固溶体含量为96.4wt%.     

ZrSiO4-Al2O3系材料高温反应的研究

借助X衍射仪(XRD)和具有能谱仪(EDAX)的扫描电镜,研究了粉状ZrSiO4和a-Al2O3间生成化学计量成分3Al2O3·2Si02的固态反应.在1 400～1600℃温度区间和0.5～60h的时间内获取了试验数据.结果表明,ZrSiO4和-Al2O3反应形成晶体ZrO2和莫来石(基本为3Al2O3·2SiO2成分)及SiO2-Al2O3非晶相(前驱莫来石).在1 600℃时,反应最快的阶段是ZrSiO4的分解.试验结果表明错英石的分解是一级反应.Al2O3颗粒的溶解和Al扩散到非晶相可能是反应最慢阶段.     

ZrO_2-SiO_2-Al_2O_3系复相陶瓷制备及其耐磨性试验研究

利用等离子分解锆英石(PDZ)和锆英粉与Al_2O_3反应烧结制务了ZrO_2－SiO_2－Al_2O_3系复相陶瓷。利用XRD、SEM、反应显微镜、显微硬度计等测试手段,对烧成试样的物相相成、显微结构、显微硬度、气孔状况及耐磨性进行了测试分析与讨论。研究结果表明：含镁助剂的加入促进了反应烧结;由PDZ制备的试样的性能优于锆英粉原料的试样;较佳的原料配比为No.4即Al_2O_3:PDZ=3:1,其耐磨性优于氧化铝质研磨体;适宜的烧成温度范围是1580℃～1600℃。     

电熔ZAS耐火材料显微结构的研究

用光学显微技术、X 射线衍射分析和化学分析方法,研究了电熔 ZAS耐火材料的显微结构。实验组成位于 ZrO_2-Al_2O_3-SiO_2 系统中,并均含有约1％碱金属氧化物。实验结果根据G.Cevales的ZrO_2-Al_2O_3-SiO_2 修正相图进行了阐述。发现电熔 ZAS耐火材料的显微结构中,组成的初晶相区的作用是重要的。组成在ZrO_2 相区内的耐火材料中,其结晶途径沿C-Z 共熔线进行的,可以形成大量晶体交错均一的(C Z)共析体,微量的莫来石与一定量的玻璃相的显微结构;而在刚玉相处的组成,形成相应的大晶体与不均一的显微结构。如果组成落在ZrO_2相区内,并沿M-Z 共熔线析晶的,则可以出现(C Z)、M、G或(M Z)、C、G或(C Z)、(M Z)、G 共析类型,其中莫来石的含量决定于Al_2O_3/SiO_2 之比值,并且莫来石的数量随比值的缩减而增加。因此,为了保证获得基本无开裂与含有可观数量的(C Z)、G 共析体的电熔制品,建议电熔 ZAS组成应选择在 ZrO_2 相区,Al_2O_3/SiO_2比值宜保持在1.84以上。     

溶胶-凝胶法低温合成莫来石的研究

以去离子水和无水乙醇为分散介质,以六水合氯化铝为铝源、正硅酸乙酯为硅源,通过1,2-环氧丙烷调凝,采用溶胶-凝胶法合成了莫来石前驱体凝胶。考察了环氧丙烷用量以及水浴温度对凝胶时间及莫来石合成的影响。研究表明,水浴温度65℃、1,2-环氧丙烷与铝的摩尔比为3:1时可以较快的制备出均匀稳定的莫来石前驱体凝胶。利用TG-DTA、XRD、FT-IR对干凝胶热处理过程中的结构变化及相演变进行了分析,结果表明,前驱体凝胶为第一类莫来石凝胶,在热处理过程中没有形成γ-Al_2O_3、铝硅尖晶石等中间相,在990℃左右凝胶晶化放热直接转变成单相莫来石。干凝胶经1000℃煅烧1h后可形成莫来石,1200℃煅烧后莫来石晶相发育良好。在热处理之前凝胶中已经形成Si-O-Al结构,这是莫来石低温合成的最主要原因。     

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%。     

SrO对Si_3N_4–ZrO_2–SrO系统反应合成ZrN的影响

通过引入SrO,利用Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统反应合成ZrN,使得SiO_2–Si_3N_4–ZrO_2–ZrN四元系统形成互易关系,并结合热力学计算,对在N2气氛无压条件下Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统分别在1 500和1 700℃时的反应途径进行了研究,并采用XRD进行物相分析。结果表明:当烧结温度为1 500℃时,Si_3N_4–ZrO_2–SrO系统可生成ZrN+SrSi_2O_2N_2和ZrN+Sr_3SiO_5+SrZrO_3的复合相;当烧结温度提高到1 700℃时,反应产物中与ZrN复合的物相不仅有SrSi_2O_2N_2和Sr_3SiO_5+SrZrO_3,还生成了Sr_2SiO_4+SrZrO_3和Sr7_ZrSi_6O_(21)+SrZrO_3,其中,SrZrO_3为ZrO_2–SrO二元系统反应的结果。在1 500和1 700℃时,Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统中可生成ZrN+X(+SrZrO_3)复合相,且ZrN–X共存关系在扩展的SiO_2–Si_3N_4–SrO–ZrO_2–ZrN五元系统中给出。Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统的数个反应可被用于在较低温度下一步反应制备ZrN复相陶瓷。     

刚玉-莫来石-锌铝尖晶石复相材料的合成与烧结

热力学计算表明:在Al2O3SiO2ZnO三元体系中,硅酸锌(Zn2SiO4)和锌铝尖晶石(ZnAl2O4)生成Gibbs自由能在温度为1326.85℃以下是负值,莫来石(3Al2O3·2SiO2)的Gibbs生成自由能在温度为426.85℃以上是负值。系统中Al2O3富存的条件下,Al2O3可与Zn2SiO4反应生成锌铝尖晶石。以ZnO,SiO2,Al(OH)3为原料,通过固相反应合成刚玉莫来石锌铝尖晶石复相材料。研究烧结温度和气氛对刚玉莫来石锌铝尖晶石复相材料的合成与烧结性能的影响。用X射线衍射分析复相材料中的物相成分。用扫描电子显微镜观察复相材料的显微结构。结果发现:Al2O3SiO2ZnO三元体系在所选择的配料点,1300℃及1600℃时均能生成刚玉、莫来石、锌铝尖晶石3种物相,不会出现低熔点的硅酸盐相,这明显区别于Al2O3MgOSiO2三元体系,该体系在1500℃左右会出现低熔点相。试样在900℃烧成后出现锌铝尖晶石相。随着温度升高,试样的致密化过程加快,部分抵消了1300℃左右莫来石形成所产生的体积膨胀。当烧结温度高于1300℃时,试样的致密化过程大大加快。还原性气氛不利于刚玉莫来石锌铝尖晶石复相材料的合成与烧结。     

CaZrO_3的合成及其高温化学稳定性研究

首先以CaO粉、CaCO_3粉、Ca(OH)_2粉为钙源,以纳米级m-ZrO_2粉、微米级m-ZrO_2粉、微米级CaO部分稳定ZrO_2粉(Ca-PSZ)为锆源,采用高温固相反应法合成了CaZrO_3粉,研究CaZrO_3合成过程中试样的相组成随煅烧温度(800、900、1 000、1 100、1 200、1 300、1 400、1 500和1 600℃)与保温时间(3、4和5 h)的变化,以探讨其合成机制;然后将合成的CaZrO_3分别与CaO、MgO、Al_2O_3、Cr_2O_3、SiO_2、ZrO_2粉制成试样在1 500℃保温3 h煅烧,以研究CaZrO_3在不同反应介质中的高温化学稳定性。结果表明:在CaZrO_3合成过程中,CaZrO_3含量并非始终随煅烧温度升高或保温时间延长而增加,期间存在源于CaZrO_3中的Ca~(2+)、O~(2-)离子向m-ZrO_2或c-ZrO_2中扩散而发生的CaZrO_3分解反应。高温下,当CaZrO_3处于碱性(如CaO、MgO)环境中,其高温化学性质稳定;而当CaZrO_3处于非碱性(如Al_2O_3、Cr_2O_3、SiO_2、ZrO_2)环境中,其高温化学性质不稳定。     

我国锆砂加热过程相变化的研究

本工作以显微镜术为主要手段,借助x光衍射和相分析,研究了山东广东锆砂的矿物组成,热解温度和分解产物ZrO_2的晶体类型。试样的制备:全部采用球磨粉,其中<0.07mm的占90%左右,用2%的亚硫酸纸浆废液做结合剂,将料调合均匀,置于钢模中在油压机上成型,压力为1000kg/cm~2,制成直径37毫米、高40毫米的圆柱体,干燥后在碳阻电炉内、氧化气氛下、于1500℃、1600°、1650°、1700°和1850℃分别进行煅烧,并在各个温度下保温2小时,经自然冷却后,制成光片、薄片和超薄光薄片,在光学显微镜下进行观察研究,团果分述如下: 经1500℃煅烧后的锆石,晶粒完好,全无分解的迹象。杂质成分除金红石外,均成玻璃相填于锆石晶粒的间隙中。1600℃时,锆石亦然完好,仍无分解迹象。当煅烧温度提高到1650℃时,金红石矿物消失,锆石仍不见分解,但在透射光下部分锆石呈现明显地开裂现象。温度继续升高到1700℃时,锆石的显微结镜发生明显地变化。锆石分解成花瓣状和网络状,局部ZrO_2呈卵形颗粒产出。当温度煅烧到1850℃时,锆石全部分解成无定形的SiO_2和卵形的ZrO_2。通过上述的试验方法,确定了山东、广东两地锆砂的分解温度均系1700℃单就分解温度而言,二者的热解效应,几乎没有什么差异。这种现象表明:锆石中存在少量的Fe_2O_3、Al_2O_3、TiO_2、Cao、Mgo等杂质,只要合量不超过2.5%时,对其初始的热解温变并不产生明显地作用。关于ZrO_晶体类型的确定,我们是在超薄片中通过大量的光性符号测定后得出的结论:即在分解后的ZrO_2组成中,除斜锆石外,同时还有一定数量的高温型四方ZrO_2保留下来。这一事实的存在。可为今后的制造工艺提供新的依据和途径。     

喷雾干燥法制备氧化锆增韧氧化铝陶瓷粉体

以ZrOCl_2和Al(NO_3)_3为主要原料,Y(NO_3)_3为稳定剂,配制成溶液,采用喷雾干燥法制备氧化锆增韧氧化铝超微细粉体。在不同温度下,采用马弗炉对超细粉体进行煅烧处理。通过XRD、SEM表征方法研究Al_2O_3包裹ZrO_2复合粉末常压煅烧反应特性。结果表明:在1200℃煅烧条件下,易获得超细粉体Al_2O_3和ZrO_2晶粒的球状颗粒,且Y(NO_3)_3能保持ZrO_2四方相冷却至室温而未转变为单斜相。