B_(2)O_(3)对CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元保护渣熔体结构的影响

通过分子动力学方法对非反应性保护渣CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系进行了模拟,构建了熔渣的网络结构模型,研究了渣系中B_(2)O_(3)的含量对保护渣熔渣微观结构的影响规律。结果表明:B在网络中与O的结合能力最强,且能够起到简化网络和平衡过剩电荷的作用;Al在熔体中主要以4配位形式存在,同时存在少量高配位Al-O结构,B_(2)O_(3)的含量为5%时,熔渣中[AlO_(4)]含量最高;随着B_(2)O_(3)含量的增多,熔渣网络结构聚合程度降低,复杂Al-O结构减少,熔渣微结构的有序性增加。

B_(2)O_(3)对无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣性能的影响

借助高温物性测试仪、黏度仪、原位热分析仪及傅里叶变换红外光谱仪等,研究了B_(2)O_(3)含量对无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣熔化温度、黏度和结晶性能的影响。结果表明,当B_(2)O_(3)含量为7%时,无氟CaO-Al_(2)O_(3)-BaO基保护渣熔化温度、黏度和结晶性能最佳。

Nb_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)-MgO-Na_(2)O-CaO-SiO_(2)体系相平衡研究

为揭示Nb_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)-MgO-Na_(2)O-CaO-SiO_(2)多元含铌炉渣体系中的铌矿物的定向结晶规律,采用高温相平衡—冷淬—SEM-EDS/XRD/EMPA试验方法,考察了温度、钙硅比(CaO/SiO_(2))、Nb_(2)O_(5)含量等因素对炉渣相平衡关系的影响,并构建了含铌矿物结晶析出的优势相图。结果表明:铌的结晶矿物主要有三种,分别为Ca_(2)Nb_(2)O_(7)、Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))和3CaO·MgO·Nb_(2)O_(5);铌先富集于液相,相较于脉石组分,含铌固相为后析出相;CaO/SiO_(2)增加会使含铌固相优势区间发生从Ca_(2)Nb_(2)O_(7)相到Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))相、再到3CaO·MgO·Nb_(2)O_(5)相的转变。Ca_(2)Nb_(2)O_(7)相的优势析晶区间为:温度1050~1200℃,C/S=0.8~1.2。Nb_(2)O_(5)在Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))相中的嵌布质量浓度在18.5%~19.5%。

赤泥掺入黏土制备CaO-MgO(10%)-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)体系陶瓷材料试验研究

我国年赤泥排放量高达1亿t,目前主要处理方式为填埋或者堆存,而制备陶瓷需要的黏土原料出现短缺。新型CaO-MgO(10%)-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)体系陶瓷材料力学性能优越,市场前景乐观,本文设计了不同赤泥掺量的新型陶瓷制备原料的烧制试验,对不同的烧制产品进行微观及物相组成测试,并考察了不同赤泥掺量和不同温度下所烧制产品的物理及力学性能和重金属浸出情况。黏土中掺入部分赤泥所烧制的样品主要物相为辉石相、钙长石相,其中辉石相的生成有利于提高试样的抗折强度,钙长石相的生成有利于固化钠元素,促进致密化过程。不同赤泥掺量所制备试样的性能表现相近,均在1140℃时表现出优越的力学性能,线型收缩率和容重最大,吸水率最小,抗折强度最高;30%赤泥掺量下,吸水率和抗折强度指标均超过GB/T 4100—2015标准。浸出试验表明,各试样钠元素固化率高达99.91%,7种典型重金属浸出值均低于生活饮用水标准的限值。本研究为赤泥在陶瓷行业的再利用提供新的一种途径,不仅解决自身处置处理问题,更是节约大量的陶瓷黏土资源。

温度对La_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO系高温熔体结构的影响

稀土玻璃陶瓷铸造过程中的连续降温会使熔体的微观结构发生变化。通过对不同温度(1550~1100℃)的淬冷样品进行Raman、XRD和SEM-EDS分析,研究了温度对La_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO系高温熔体结构的影响。研究结果表明:温度较高时淬冷样品呈非晶态,温度较低时淬冷样品呈晶态。对非晶态淬冷样品的Raman谱线进行解谱后发现,随着温度的降低,各硅氧/铝氧四面体基本结构单元Raman峰位向高频方向偏移,且低频(200~800 cm^(-1))结构单元峰位偏移幅度大,高频(800~1200 cm^(-1))结构单元峰位偏移幅度小;La_(2)O_(3)能够抑制各结构单元峰位向高频方向偏移。XRD和SEM-EDS结果表明:添加La_(2)O_(3)后La_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO系熔体中出现CaMg(SiO_(3))2结晶相的温度降低。

氧化钠对CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)三元系铝酸钙形成规律的影响(英文)

利用XRD、SEMEDS和DSCTG技术研究了添加Na2O的CaO-Al2O3-SiO2体系中铝酸钙的形成规律。结果表明,当Al2O3与SiO2的质量比为3.0、CaO与Al2O3的摩尔比为1.0时,在1350°C烧结后的熟料主要由12CaO·7Al2O3、2CaO·Al2O3·SiO2和2CaO·SiO2组成。熟料中12CaO·7Al2O3的含量随着Na2O的增加而增加,2CaO·Al2O3·SiO2的含量随着Na2O的增加而降低。Na2O在12CaO·7Al2O3中形成固溶体,增加了其单位晶胞体积。DSC分析表明,Na2O不仅促进了12CaO·7Al2O3的形成,而且使C12A7的形成温度降低了30°C。烧结熟料中的氧化铝溶出性能随着Na2O的增加而大幅度提高。

Fe_(2)O_(3)含量对CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系微晶玻璃显微组织与力学性能的影响(英文)

采用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子顺磁共振(ESR)和Mssbauer谱等技术研究Fe2O3含量对CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃显微组织与力学性能的影响。结果表明:Fe2O3的加入不改变CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析出的主晶相类型,但使体系的析晶峰温度降低,析晶活化能增加和析出晶体的粒度减小。ESR测试结果表明,Fe2O3的加入会因轴向扭曲造成分相,从而促进析晶;同时,Fe2O3的加入能更好地调整CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃网络内部结构,使Fe3+进入比四面体对称性更高的八面体配位,有利于抗弯强度的增大。Mssbauer测试结果表明,Fe3+和Fe2+在CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃存在不同的配位,且微晶玻璃的抗弯强度随Fe3+六配位数的增多而增大;同时,Fe2+和Fe3+相互作用的增强也有利于微晶玻璃抗弯强度的增大。在核化温度为700°C、核化时间为2 h、晶化温度为910°C和晶化时间为3 h的热处理条件下,样品的显微硬度达到HV 896.9,抗弯强度达到217 MPa。

温度和气氛对CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-MgO-Fe_(t)O渣系磷容量的影响

采用气-渣-金平衡法测定CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FetO渣系的磷容量,用钼坩埚作为反应容器,Ag-0.2%P合金作为气-渣-金平衡的熔剂,CO-CO2-Ar混合气体提供体系的氧分压,分析了温度和气氛对该渣系磷容量的影响。结果表明,对于一定成分的炉渣,当体系CO、CO2、Ar组成一定时,随着温度由1 723 K增加到1 823 K,CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FetO渣系的磷容量降低;在1 773 K,气氛中氧分压由3.6×10-5 Pa增大到7.2×10-4 Pa时,磷容量随着氧分压的增大而增大。

Fe_(2)O_(3)含量及晶化工艺对无碱铝硅玻璃弹性模量的影响

选用CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)体系无碱铝硅玻璃为研究对象,设计8组Fe_(2)O_(3)组分变量,利用高温熔融法制备试验样品。利用XRD、SEM、TG-DSC等测试方法,先后对无碱玻璃样品的物相、析晶动力学、析晶行为和弹性模量等物化性能进行测试分析,进而探讨Fe_(2)O_(3)含量及晶化处理对无碱玻璃弹性模量的影响。结果表明:适量添加Fe_(2)O_(3)可以提升CMAS体系无碱玻璃的弹性模量,Fe_(2)O_(3)的质量分数为1.50%(F-6#)时,F-6#无碱玻璃弹性模量最大值为97.87 GPa,析晶活化能为347.1 kJ/mol,析晶指数n为1.383 4,为表面析晶。经整体析晶法晶化处理后,F-6#微晶玻璃析出的主晶相为钙长石相(CaAl_(2)Si_(2)O_(8)),晶体尺寸为200~400 nm;经烧结法晶化处理后,F-6#微晶玻璃析出的主晶相为钙长石相(CaAl_(2)Si_(2)O_(8)),晶体尺寸为300~500 nm。随着热处理温度的升高,析出主晶相数量变多,尺寸变大,但主晶相种类并未改变。由于钙长石的弹性模量小于基础玻璃,F-6#无碱玻璃析晶后所得微晶玻璃样品的弹性模量有所降低。

CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)-SiO_(2)玻璃/Al_(2)O_(3)系低温共烧陶瓷流延工艺优化及性能研究

为优化CaO-Al_(2)O_(3)=B_(2)O_(3)=SiO_(2)(CABS)玻璃/Al_(2)O_(3)系低温共烧陶瓷(LTCC)流延工艺,提高CABS玻璃/Al_(2)O_(3)系LTCC材料性能,采用偶联剂对CABS玻璃/Al_(2)O_(3)复合粉体进行表面改性并对黏结剂的种类和用量进行优化,借助扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、X线衍射仪(XRD)等分析流延工艺优化对LTCC材料性能的影响。结果表明:偶联剂能有效提高CABS玻璃/Al_(2)O_(3)复合粉体在有机溶剂中的润湿性,提升浆料固含量和生瓷带密度,当硅烷偶联剂γ甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)质量分数为15%时,浆料固含量为6658%,生瓷带的密度为190 g/cm^(3),均达到最大值;通过探究3种不同分子量的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)对生瓷带性能的影响,发现使用质量分数为9%的B98型(重均分子量为4×10^(4)~7×10^(4)g/moL)聚乙烯醇缩丁醛制备生瓷带的密度最大为2.03 g/cm^(3),该生瓷带经850℃烧成后,材料微观结构较为致密,综合性能优异,烧成密度为3.12 g/cm^(3),10 MHz下测得的介电常数为7.98,介电损耗为1.5×10^(-3),与Ag电极共烧呈现出较好的化学稳定性。

Al_2O_3-CaO-CaF_2-MgO渣系性能的研究

对Al_2O_3-CaO-CaF_2-MgO渣系的初晶温度、电导率以及物相组成进行了研究。研究结果表明:在该渣系中,随着MgO的含量的增加,渣系的初晶温度先降后增,当MgO的加入量为7%时值最低,初晶温度为1497℃。该渣系中,随着MgO加入量的增加和温度的升高,渣系的电导率也随着增大,其中主要物相组成为MgAl_2O_4、Ca_2Al_3O_6F、Ca_3Al_(10)O_(18)、Ca_(12)Al_(14)O_(33),随着MgO添加量的增加,MgAl_2O_4物质逐渐增加。

Lu_(2)O_(3)-MgO纳米粉体合成及其复相红外透明陶瓷制备

细化陶瓷微观结构至纳米级,可以减少光的散射损失,为开发新型光学陶瓷提供了一种有效的方法。本研究采用溶胶-凝胶法合成粉体,结合热压烧结工艺制备出光学性能优异的新型Lu_(2)O_(3)-MgO纳米复合陶瓷,研究了粉体合成条件及热压烧结工艺对样品微观结构的影响,并对计算的理论透过率与样品的实际透过率进行了比较。研究结果表明:采用优化后工艺制备的Lu_(2)O_(3)-MgO陶瓷具有均匀的相域分布,晶粒尺寸约为123 nm,3~5μm波段的透过率高达84.5%~86.0%,接近理论透过率;维氏硬度为12.2 GPa,断裂韧性为2.89 MPa·m^(-1/2),抗弯强度达到(221±12)MPa,是一种潜在的红外透明窗口材料。

CaO-Al_2O_3基钢液净化剂组成的优化

运用CaO-Al_2O_3-SiO_2三元系的熔点和等a(Al_2O_3)两个相图,分析CaO-Al_2O_3渣系净化剂降低钢液中氧化物夹杂的能力与其组成的关系。从热力学角度看,CaO与Al_2O_3质量分数比高(1.6～2.0),则a(Al_2O_3)低(≤0.02),有利于钢液中氧化物夹杂的降低;从动力学角度看,CaO与Al_2O_3质量分数比低(1.1～1.26),则熔点低(<1400℃),有利于钢液中氧化夹杂的排出。在净化剂组成的优化过程中,寻找到较佳的CaO与Al_2O_3质量分数比为1.41～1.74,使其a(Al_2O_3)较低(0.02～0.04),熔点较低(<1450℃)。工业性试验表明优化后的净化剂净化钢液的效果显著。

TiO_(2)掺杂对CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系玻璃结构和性能的影响

采用传统熔体冷却法制备TiO2掺杂量(物质的量分数)为0~5.0%的CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CAS)系玻璃,研究了TiO_(2)掺杂量对该玻璃微观结构、热稳定性、弯曲强度的影响规律。结果表明:TiO_(2)在CAS系玻璃网络中主要以[TiO_(5)]单元的形式存在,随着TiO_(2)掺杂量的增加,玻璃中的[TiO_(5)]单元和Ti-O-Si键数量先增加后降低,玻璃网络中的桥氧数量先增多后减少,玻璃的光学带隙先增大后减小,且均在TiO2掺杂量为4.0%时达到最大值;随着TiO_(2)掺杂量的增加,CAS系玻璃的热稳定性和弯曲强度均先提高后降低,当TiO_(2)掺杂量为4%时综合性能最好,此时玻璃化转变温度、弯曲强度和光学带隙分别为798.24℃,95.58 MPa,3.75 eV。

核壳纳米粉体制备Y_(2)O_(3)-MgO复相陶瓷

由于优异的光学和机械性能,Y_(2)O_(3)-MgO复相纳米陶瓷被认为是红外透明陶瓷的重要候选材料。尽管如此,在近红外和中红外波段严重的光散射和不必要的吸收方面仍然存在巨大的挑战,这阻碍了该材料在极端恶劣环境中的应用。在目前的工作中,先通过尿素沉淀法制备了Y_(2)O_(3)-MgO核壳结构纳米粉体,然后在放电等离子体烧结下制备了Y_(2)O_(3)-MgO复相纳米陶瓷。通过热重和差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射和扫描电子显微镜分析了核壳结构纳米粉及复相纳米陶瓷。Y_(2)O_(3)-MgO核壳结构纳米粉体的尺寸约为250 nm,并且制备的陶瓷的平均晶粒尺寸约为360 nm。透过率在6μm处为57%,维氏硬度为820 HV。粉末合成方法为复相纳米陶瓷提供了一种新颖的解决方案,可以轻松调节粒径和不同组分的比例。

空气气氛条件下CaO-Al_(2)O_(3)-CeO_(2)渣系在1500℃的相平衡关系

采用热力学平衡实验,结合SEM⁃EDS等检测方法,确定了空气气氛条件下CaO-Al_(2)O_(3)-CeO_(2)渣系在1500℃的相平衡关系,并绘制出该渣系的等温相图.在空气气氛条件下,CaO-Al_(2)O_(3)-CeO_(2)渣系在1500℃时存在着三种三相平衡(CA+CA2+CeO_(2),L+CaO+CeO_(2),L+CA+CeO_(2))和两种两相平衡(L+CeO_(2),L+CaO),根据各平衡相关系划分了相应相区,且CeO_(2)在该渣系中的最大溶解度为28%(质量分数).

金属离子和柠檬酸的配比对Y_(2)O_(3)-MgO纳米粉体及其纳米复相陶瓷性能的影响

纳米粉体的团聚程度影响纳米复相陶瓷的微观结构,进而影响其光学与力学性能。本文采用溶胶-凝胶法合成Y_(2)O_(3)-MgO纳米粉体,结合热压烧结(HP)技术制备出光学及力学性能优异的Y_(2)O_(3)-MgO复相陶瓷。研究了前驱体中金属离子与柠檬酸的摩尔比(m/c)对纳米粉体团聚程度及复相陶瓷显微结构、光学及力学性能的影响。研究结果表明,当金属离子和柠檬酸摩尔比为0.75时,粉体团聚程度最低,该粉体经过热压烧结后制备出的Y_(2)O_(3)-MgO陶瓷具有均匀的相域,晶粒尺寸约为140 nm,3~6μm波段的透过率达到80%,维氏硬度及断裂韧性分别为10.90 GPa、2.21 MPa·m^(-1/2),抗弯强度为226 MPa。

Al_(2)O_(3)-MgO和Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2)体系的热力学优化与计算

文献中Al_(2)O_(3)-MgO二元体系的热力学参数在外推至多元系时与实验数据存在偏差,本工作基于热力学数据的严格评估,采用CALPHAD(calculation of phase diagram)方法对该体系进行热力学重新优化,并在此基础上进一步完善Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2)体系的热力学描述。优化过程中,采用离子双亚点阵模型描述液相,用CEF(compound energy formalism)化合物能量模型描述固相。所得Al_(2)O_(3)-MgO体系和Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2)体系的相图热力学计算结果与绝大部分实验数据相吻合,是构建Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-MgO-CaO-Fe_(2)O_(3)-Na_(2)O六元体系热力学数据库的基础,并可为大宗铝硅酸盐固废材料化设计与高值化应用提供理论依据。

GCr15轴承钢120t LF精炼终点CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂的特性研究

采用ASPEX自动扫描电子显微镜夹杂物分析系统,结合热力学理论分析,研究了GCr15轴承钢LF精炼终点CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂的形成机理。结果表明,LF精炼开始达到稳定时,钢液中的夹杂物主要以Al_(2)O_(3)夹杂为主,到LF精炼终点时演变成为近似球形的Al-Mg-Ca-(S)类复合夹杂。MgO·Al_(2)O_(3)/CaO·Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)夹杂的稳定存在区图表明,当钢液中Ca大于1.2×10^(-6)时,就可使MgO·Al_(2)O_(3)转化为CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂。精炼过程优先形成MgO·Al_(2)O_(3)夹杂,随后,Ca会与钢液中的MgO·Al_(2)O_(3)夹杂发生反应,进而形成CaO-MgO-Al_(2)O_(3)复合夹杂。由于在钢液凝固过程中CaS夹杂的析出,因此,最终试样钢中检测到了CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-(CaS)复合氧化物夹杂。

42CrMo4钢中CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物形成机理的研究

通过工业试验对42CrMo4钢进行系统取样,观察试样中典型夹杂物的特征与分布,从热力学角度研究了42CrMo4钢中CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物的形成机理。结果表明,在钢包精炼炉(LF)精炼前期钢液中主要夹杂物为形状不规则的MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物,中后期MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物中开始出现CaO,在真空精炼炉(VD)精炼阶段,钢液中的夹杂物完全变为液态CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物。经热力学计算,钢液中[Mg]的存在是导致MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物大量生成的根本原因,其主要来源于耐火材料和炉渣。在LF精炼阶段耐火材料向钢液传递[Mg]多于炉渣,而在VD精炼阶段炉渣向钢液传递[Mg]更多。