1700℃流动氮气下金属铝–镁铝尖晶石复合材料的物相组成与反应机理(英文)

研究了高纯氮气下先后进行580℃保温8 h、1 700℃保温3 h热处理后Al–MgAl_(2)O_(4)复合材料的物相组成和反应机理。结果表明:经580℃保温8 h后,Al–MgAl_(2)O_(4)复合材料形成分层现象,即外层区含金属铝–氮化铝壳核结构。当温度升至某一特定值时,金属铝–氮化铝壳核结构破裂,金属铝Al(l/g)溢出/逸出,与N_(2)和O_(2)分别反应生成AlN和Al_(2)O(g),促进化学计量比的镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))分解形成富氧化铝的镁铝尖晶石(Al_(2)O_(3)-rich spinel)和镁蒸气(Mg(g))。一方面,AlN与富氧化铝的镁铝尖晶石形成MgAlON尖晶石;另一方面,AlN与Mg(g)和O_(2)发生固溶体反应生成氮化铝固溶体,(Mg,Al)(N,O)。内层区的材料物相组成不同于外层区,含有许多由气–气反应Al_(2)O(g)+O_(2)(g)+N_(2)(g)+Mg(g)→MgAlON(s)或Al(g)+O_(2)(g)+N_(2)(g)+Mg(g)→MgAlON(s)生成的片状MgAlON;此外,内层区富氧化铝的镁铝尖晶石没有进一步转变为MgAlON尖晶石。

1600℃氮气气氛下Al对Al2O3–MgO材料中尖晶石物相演变的影响

探究了在1 600℃氮气气氛下金属Al对Al2O3-MgO耐火材料中尖晶石物相演变的影响。结果表明,金属Al显著改变了尖晶石物相的组成、形貌和反应路径。未添加金属Al时,氧化镁与氧化铝反应生成镁铝尖晶石;镁铝尖晶石与其包裹的氧化铝颗粒发生固溶体反应形成一次富氧化铝的镁铝尖晶石。C-O2反应使体系氧分压持续降低,氧化镁分解产生的Mg(g)与周围的氧化铝和一次富氧化铝的镁铝尖晶石发生置换反应,形成二次富氧化铝的镁铝尖晶石和金属Al(l/g)。在高温氮气下,金属Al(l/g)氮化形成氮化铝后,与上述一次或二次富氧化铝的镁铝尖晶石反应形成镁阿隆尖晶石(MgAlON)尖晶石。将金属铝引入到Al2O3-MgO耐火材料后,含铝气相物质——Al(g)和Al2O(g),沿耐火材料中的气孔或孔隙扩散传质。一方面,Al(g)和Al2O(g)氮化反应形成氮化铝,固溶强化并提升MgAlON尖晶石中氮元素的含量;另一方面,Al(g)、Al2O(g)、Mg(g)、N2和O2发生气-气化学反应,形成片状形貌的MgAlON尖晶石。