MgAlON-Al_(2)O_(3)复相陶瓷的热压烧结制备及性能

MgAlON与α-Al_(2)O_(3)的光学折射率相近,两种材料构成的复相陶瓷有望在保持较好光学性能的同时获得优化的显微结构及机械和热性能。本研究基于Van-de-Hulst理论对MgAlON-Al_(2)O_(3)复相陶瓷的光学透过行为进行预测,发现其理论直线透过率随α-Al_(2)O_(3)含量降低和晶粒尺寸减小而增大,且在波长为2μm处达86%。在热压烧结制备的复相陶瓷中,α-Al_(2)O_(3)通过晶界钉扎效应有效抑制了MgAlON晶粒的长大。随着烧结温度升高,复相陶瓷中的α-Al_(2)O_(3)含量下降,陶瓷的光学透过率上升,机械性能和热导率降低。1 500~1 650℃烧结的1 mm厚样品在波长为4μm处的最大直线透过率大于72.6%。其中,1 600℃烧结样品的最大直线透过率为76.1%,弹性模量为321.69 GPa,硬度为15.93 GPa,四点抗弯强度为268.09 MPa,断裂韧性为2.41 MPa·m^(1/2),热导率为13.98 W·m^(-1)·K^(-1)。

耐火材料的MgAlON晶须结合

RH脱气炉用无铬化的方镁石-尖晶石-Al不烧砖具有优越的力学特性和抗渣渗透性,在极其苛刻的使用条件下成功取代传统的镁铬砖。与传统的陶瓷结合不同的是,方镁石-尖晶石-Al不烧砖使用后呈现微米级柱状MgAlON晶须相互交织、浓密网状分布的结合基质。为建立和完善晶须结合的概念,归纳了耐火材料中晶须结合的特征,晶须形成的机制和条件,晶须增强和晶须结合的不同之处。

MgAlON及MgAlON结合MgO材料烧结性能研究

以电熔镁砂细粉和颗粒、煅烧α-Al2O3微粉及金属铝粉为原料,在高纯氮气中烧成制备MgAlON及MgAlON结合MgO材料,并研究了化学反应引起的体积膨胀、氧化物挥发和保温温度(1450、1550、1650℃)对MgAlON及MgAlON结合MgO材料烧结的影响。结果表明:(1)在烧成过程中,形成过渡相MgAl2O4是引起MgAlON和MgAlON结合MgO试样体积膨胀的主要原因;(2)在低氧分压和高温条件下,MgAlON和MgAlON结合MgO试样的质量损失主要是由MgO挥发引起的;(3)对于MgAlON试样,高温(≥1550℃)烧成时显著的体积收缩使试样具有较高的密度和高强度;(4)对于MgAlON结合MgO试样,高温(≥1450℃)烧成时显著的体积膨胀和MgO大量挥发导致了试样的低密度和低强度。

低温热压制备微晶Al_2O_3-MgAlON复合材料

以微粒级的Al、Al2O3、MgO为原料,采用热压烧结法,在压力38 MPa,温度分别为800、850、900、950℃保温8 min的条件下制备Al2O3-MgAlON复合材料,并对该复合材料进行了XRD、SEM分析及抗折强度、显气孔率、体积密度等性能检测。结果表明:利用热压烧结法,在850℃就可以制备含有300 nm左右MgAlON晶粒的微晶AlO-MgAlON复合材料,而且MgAlON微晶的存在改善了复合材料的性能,起到了增韧补强的作用。

矾土基MgAlON复合材料的制备及性能研究

选用登封轻烧矾土(Al2O3含量为85wt%)、电熔镁铝尖晶石、高纯电熔镁砂、Al粉和少量的活性材料氮化气氛下制备矾土基Mg Al ON复合材料,考察了Mg Al ON含量及烧成温度对制备矾土基Mg Al ON复合材料性能的影响。结果表明:随着Mg Al ON加入量的增加,显气孔率、线变化率及增重率逐渐增大,材料体积密度逐渐减少,常温抗折强度呈上升趋势;随着烧成温度的提高,试样的体积密度略有减小,显气孔率增大,常温抗折强度逐渐增大,1500℃下氮化烧成的制品性能最好;矾土基Mg Al ON复合镁铝尖晶石材料比矾土基Mg Al ON复合镁质材料密度大,强度高,氮化效果好。

新一代β-Sialon复合MgAlON耐火材料抗渣及抗钢水性能

通过对β Sialon复合MgAlON材料的抗渣及抗钢水侵蚀性能的研究发现 ,该材料抗渣侵蚀性能较好 ,侵蚀机理为 β Sialon与MgAlON溶解于渣中并析出针状Sialon和近化学计量的镁铝尖晶石 ,同时渣向材料内部渗透。需要说明的是MgA lON在渣中的溶解低于β Sialon的溶解 ;钢水对试样的侵蚀程度较低。分析表明侵蚀过程主要是基质中β Sialon溶解 ,颗粒基本未变化 ,侵蚀后形成了薄薄的主要由尖晶石和Sialon及刚玉构成的反应层。

MgAlON陶瓷的合成热力学与相关性能

评估、计算了Mg-Al-O-N系的热力学性质,并绘制了热力学参数状态图.在此基础上,合成了MgAlON陶瓷.对所合成材料的显微结构、晶体特征、物理性能及其抗氧化性能等进行了试验测定.所合成的MgAlON经X射线衍射和透射电镜分析未发现杂相,高分辨电镜分析发现MgAlON晶界无玻璃相,晶粒间为直接结合.试验得出了一套MgAlON的X射线衍射的指标化结果.MgAlON的三点抗弯强度在室温至1723K温度内都很高.MgAlON氧化过程的表观反应活化能为260kJ/mol,表观扩散活化能为573kJ/mol.

利用富硼渣合成MgAlON基复相粉体

以富硼渣为主要原料,碳黑作还原剂,用硅灰和Al(OH)3调整成分,采用碳热还原氮化法合成MgAlON基复合粉体。通过XRD、SEM等检测手段研究了配料中配碳量、MgO添加量对反应过程及产物的影响。结果表明,理论配碳量为比较合适的配碳量;随着配料中MgO含量的增加,产物中MgAlON的含量也逐渐上升,x值为4.5是比较合适的MgO加入量,继续增加MgO含量,MgAlON的含量变化不大,SiAl6O2N6逐渐减少,而CaAl4O7和BN逐渐增加。

反应烧结法制备MgAlON的合成机理及烧结行为的研究

通过对以Al2 O3、MgO和AlN为起始原料 ,在氮气气氛中反应烧结合成MgAlON材料合成机理的研究发现 :在 12 0 0℃以前 ,MgO与Al2 O3反应生成镁铝尖晶石 ,此后 ,随着温度的升高 ,Al2O3不断向所形成的尖晶石中固溶 ;在 130 0℃以前 ,AlN基本上不参与反应 ,而在更高的温度下 ,AlN开始向尖晶石中固溶形成MgAlON ,约在 15 5 0℃时形成单一的MgAlON相。用热膨胀仪检测了试样的线变化率随温度和时间的变化 ,用最小二乘法回归分析了试样线变化率的实验数据 ,并根据烧结理论对MgAlON材料烧结初期的动力学进行了探讨。结果表明 。

放电等离子烧结超快速合成MgAlON尖晶石的研究

本文以MgO、AlN及Al2O3为原料,研究了采用放电等离子烧结技术合成MgAlON尖晶石的机理。并成功地实现了MgAlON陶瓷的超快速制备。研究结果表明,MgAlON的合成机理为:在1200℃以前,MgO和Al2O3首先反应形成尖晶石,该尖晶石是一中间体。随着烧结温度的升高(1300℃以上),AlN开始向中间体中固溶形成MgAlON。研究表明,采用放电等离子烧结技术,在1600℃保温5min及在1700℃保温1min的条件下即可获得致密的单相MgAlON陶瓷。

MgAlON结合耐火材料的氧化动力学研究

借助于微量热天平 ,通过非等温氧化实验和在不同温度下进行等温氧化实验 ,研究了MgA lON结合耐火材料的氧化行为和氧化动力学。研究结果表明 ,MgAlON结合刚玉耐火材料比MgAlON结合尖晶石耐火材料易于氧化。MgAlON结合尖晶石耐火材料的氧化规律为化学反应速度控制阶段 -混合控速阶段 -扩散速度控制阶段。而MgAlON结合刚玉耐火材料试样的氧化规律为化学反应速控-扩散速控。

MgAlON合成过程中硅元素的热力学行为

热力学、SEM、EDS和XRD研究表明 ,在MgAlON合成过程中 ,一部分SiO2 杂质被还原挥发 ,另一部分转变成Si3N4或者SiC。

MgO-MgAl_2O_4-MgAlON系复合材料的制备及性能研究

分别以60%(w)的电熔镁砂或(和)电熔镁铝尖晶石为骨料,以40%(w)的Al-Al2O3-MgO混合粉(采用Al粉、活性α-Al2O3和MgO粉按质量比4∶9∶1混合)为基质料,在N2气氛中于1500℃6h反应烧结制备了MgO-MgAlON、MgO-MgAl2O4-MgAlON和MgAl2O4-MgAlON三种复合材料,并研究了材料的烧结性能、高温力学性能、物相组成以及显微结构。结果表明在本试验范围内,3种材料的烧结性能相差不大,1500℃氮化烧成后均达到致密烧结状态;材料的HMOR-T曲线属于I类曲线,且热态抗折强度(≤1400℃)均高于常温强度,强度峰值的对应温度均为1200℃。所制备的3种复合材料相比较,MgAl2O4-MgAlON复合材料的综合性能最优。

MgAlON-Al_2O_3复合材料的抗渣性能

采用坩埚法研究MgAlON-Al2O3系复合材料的抗渣性能,分析了复合材料的高温稳定性能和材料受渣侵蚀后的显微结构变化。研究结果表明,MgAlON的抗渣性能优于刚玉和刚玉-MgAlON系复合材料;同时在Mg-AlON-AlO系复合材料中,随着MgAlON含量增加,复合材料抗渣性能增加。

埋炭烧成MgO-Al复合材料中MgAlON的形成

为了研究MgO-Al复合材料中MgAlON相的形成机制,以质量分数分别为70%的镁砂细粉和30%的金属Al粉为原料,在埋炭条件下分别于1150、1350和1550℃保温2h烧成,然后利用XRD和场发射扫描电镜对不同温度烧后试样进行分析和观察。结果表明:(1)在埋炭条件下烧成时,烧成初期金属Al先发生氧化反应;当气相中的氧分压低至一定程度时,金属Al的氮化反应开始进行;AlN生成后,在镁砂颗粒表面与Al_2O_3、MgO和镁铝尖晶石固溶形成MgAlON相。(2)1150℃烧后试样中,在镁砂颗粒表面生成的MgAlON粒径<100nm;随着烧成温度升高,晶粒逐渐长大;1550℃烧后试样中MgAlON的粒径达到1μm左右。

铝热反应氮化合成MgAlON材料的机理

以金属铝、氧化铝和氧化镁为原料,利用TG/DTA、XRD研究了反应氮化法合成MgAlON的形成过程,探讨了合成机理.在合成过程中,金属铝在660℃左右首先熔化,800℃后开始出现AlN相,950℃左右大量的AlN形成,l100℃后MgAlON相生成.随温度提高,MgAlON相增加.而在没有MgO或MgAl2O4稳定剂的存在下,合成AlON是很困难的.SEM观察表明含不同稳定剂的烧结试样的显微结构亦不同.MgAlON的形成机理认为是氮化形成的AlN和少量MgO·Al2O3,随着温度升高,AlN,Al2O3向尖晶石中固溶而形成MgAlON相.

原位反应烧结法制备MgAlON复合材料

实验原料选用高纯电熔镁砂（粒径3-1 mm）;α-Al_2O_3（活性）微粉（粒径≤5μm）;电熔镁铝尖晶石（粒径≤1mm）;Al粉（粒径≤0.088 mm）;化学纯Mg O（粒径≤0.04μm）和少量的活性材料,氮化气氛下原位反应制备MgAlON复合材料,考察了氮化烧结后试样的常规性能、物相组成、显微结构。结果表明：1500℃下,氮化气氛中耐火基质料为Al-Al_2O_3-Mg O系的混合粉可以通过原位反应制备MgAlON复合材料;骨料种类的不同,不影响MgAlON矿相的生成。且Mg Al2O4-MgAlON材料的烧结性能及氮化效果较好,常温强度也较高。试样骨架结构是骨料大颗粒在烧结中形成的,骨架中填充着反应合成的MgAlON晶粒和骨料小颗粒,使得烧成后的试样内部结构致密;微晶结构以及晶须的存在有利于提高材料的常温力学性能。

富硼渣制备BN-MgAlON复合粉体热力学研究

以富硼渣和炭黑为主要原料,在热力学分析的基础上,采用碳热还原氮化法制备合成了BN-MgAlON复合粉体。利用X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)和扫描电镜(SEM)等测定了产物的相组成和显微结构,结果表明,在高纯氮气、1480℃保温8h条件下,富硼渣中的B2O3生成BN,MgO,Al2O3反应生成MgAlON相。反应产物的主要成分为Mg-AlON,Sialon,CaAl4O7,BN。生成的MgAlON为八面体结晶,发育良好。该工艺为富硼渣的综合利用提供了新的途径。

放电等离子烧结合成单相MgAlON材料

以氮化铝、富铝镁铝尖晶石和氧化铝为原料 ,用放电等离子烧结 (SPS)技术合成了单相MgAlON,研究了其显微结构 ,并与用传统的无压烧结 (PLS)技术制备的单相MgAlON材料在显微结构和断裂行为上做了比较。结果表明 :用SPS法在 170 0℃保温 1min的条件下合成出的单相MgAlON材料 ,显微结构比用PLS法合成的更加均匀致密 ,且晶粒细小 ;前者的断裂模式主要是穿晶断裂 ,后者的断裂模式则主要是沿晶断裂。

Si-B_4C复合抗氧化剂对MgAlON材料高温氧化行为的影响

研究了Si-B4 C复合抗氧化剂对MgAlON材料高温氧化行为的影响。通过对氧化后试样脱色层的厚度、相组成、氧化产物中尖晶石相的晶格常数及显微结构的研究发现 ,该复合抗氧化剂能显著改善MgAlON材料的高温抗氧化性能。抗氧化机理在于 :在相对较低的温度 (1 1 0 0℃以下 )下 ,SiO2 和B2 O3作用形成低粘度、低挥发性、低氧扩散系数的硼硅酸盐玻璃而有效地封闭气孔和裂纹 ;在较高温度下 ,硼硅酸盐玻璃中的SiO2 和B2 O3又能和MgAlON氧化产物中的α Al2 O3作用 ,形成由莫来石和Al18B4 O33构成的致密氧化物层 。