Effect of Na_(2)O on formation of calcium aluminates in CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)system

The formation characteristics of calcium aluminates in the CaO-Al2O3-SiO2 system with sodium oxide was investigated by XRD, SEM-EDS and DSC-TG technologies. The main phases in the clinker after sintering at 1350 °C are 12CaO?7Al2O3, 2CaO?Al2O3?SiO2 and 2CaO?SiO2 when the mass ratio of Al2O3 to SiO2 is 3.0 and the molar ratio of CaO to Al2O3 is 1.0. The proportion of 12CaO?7Al2O3 increases with the increase of Na2O addition when the molar ratio of Na2O to Al2O3 is from 0 to 0.4, while the proportion of 2CaO?Al2O3?SiO2 decreases with the increase of Na2O addition. Na2O forms solid solution in 12CaO?7Al2O3, which increases the volume of elementary cell of 12CaO?7Al2O3. The formation temperature of 12CaO?7Al2O3 is decreased by 30 °C when the molar ratio of Na2O to Al2O3 increases from 0 to 0.4 determined by DSC. The alumina leaching property of clinker increases obviously with the increase of Na2O addition.

添加剂CaO、Al_(2)O_(3)和Cu_(2)O对铜渣黏度的影响

调控铜渣黏度是提高铜渣贫化效果、促进渣-铜分离的关键因素,本文通过采用高温黏度计测定铜熔渣的黏度,研究了添加剂CaO、Al_(2)O_(3)和Cu_(2)O在不同温度下对铜渣黏度的影响规律。研究结果表明:在相同温度条件下,铜渣的黏度随CaO含量的增加先降低后升高,当CaO含量增加到6%时,铜渣的黏度降至最低,当CaO含量达到7%时,CaO与渣中物质生成难熔化合物,导致渣黏度升高;在渣贫化过程中,Al_(2)O_(3)被认为是一种酸性物质,加入Al_(2)O_(3)可形成高熔点化合物并提高铜渣的液相温度,从而导致铜渣黏度的增加;在渣贫化过程中,Cu_(2)O与渣中的Fe^(2+)离子反应生成Fe_(3)O_(4),使铜渣黏度增加;随着添加剂Al_(2)O_(3)和Cu_(2)O含量的增加,改变了铜渣物相组成,提高铜渣的黏度流变表观活化能。

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。

金刚石增强Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系陶瓷基复合材料的界面研究

以Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系低温玻璃为基础结合剂烧制金刚石增强陶瓷基复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱及力学性能测试仪等对其界面结合强度、界面处元素分布及界面化学键进行了表征。结果表明,Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系陶瓷结合剂与金刚石颗粒界面结合强度高,790℃煅烧时试样抗折强度达到77.82 MPa。Si、B、Na、Zn各元素在界面位置发生扩散,而Al元素没有明显扩散,元素扩散提升了结合剂对金刚石的把持力。陶瓷结合剂与金刚石在界面处形成C-O、C=O和C-B键,化学成键进一步增进界面结合。另外,790℃煅烧的复合材料中金刚石颗粒保存完好,而850℃煅烧时金刚石出现石墨化迹象。

Al_(2)O_(3)添加量对Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)陶瓷微波介电性能的影响

采用固相反应法合成Li_(2)ZnTi_(3)O_(8),然后添加Al_(2)O_(3)(添加量为Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)质量的0~7%)制备Al_(2)O_(3)/Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)复合微波介电陶瓷,研究Al_(2)O_(3)添加量对复合陶瓷微观结构与介电性能的影响。结果表明,复合陶瓷主相为立方结构Li_(2)ZnTi_(3)O_(8),随Al_(2)O_(3)添加量增加,逐渐生成ZnAl_(2)O_(4)和TiO2第二相,这2种物质对陶瓷的微波介电性能有很大影响。Al_(2)O_(3)的添加可抑制Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)晶粒的生长。烧结温度为1100℃、Al_(2)O_(3)添加量为1%时,Al_(2)O_(3)/Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)复合微波介电陶瓷获得最佳介电性能,介电常数εr≈26.1,Q×f≈87900GHz,谐振频率温度系数τf≈13.3×10^(-6)℃^(-1)。

富Al_(2)O_(3)区域Al_(2)O_(3)-Na_(2)O-CaO-SrO系固态反应的研究

用理学X射线衍射仪、TG -DTA、IR -4 4 0红外光谱研究了富Al2 O3区域Al2 O3-Na2 O -CaO -SrO系的固态反应。煅烧过程固态反应的最终物相组成为Na2 O·1 1Al2 O3、CaO·6Al2 O3、SrO·6Al2 O3与α -Al2 O3共存。

Al_(2)O_(3)-Na_(2)O系改质剂对钒钛脱硫渣性能的影响

为解决低温含钒钛铁水脱硫渣液相区小,渣铁分离差、铁损大等问题,运用FactSage热力学软件,结合脱硫调渣试验,探究了Al_(2)O_(3)+Na_(2)O系脱硫改质剂对钒钛铁水脱硫渣脱硫效率、镁单耗及铁损的影响。结果表明,改质剂中添加Al_(2)O_(3)、Na_(2)O,铁水脱硫渣熔点和黏度降低,液相区扩大。同时,在现场应用的基础上提出了改善铁水脱硫渣性能的改质剂配方,即w(CaO)≥40%,w(Na_(2)O)≥15.0%,w(Al_(2)O_(3))≥40.0%。改质剂添加量为脱硫渣渣量的1.2%时,脱硫效率最高。

高强度Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)体系微晶玻璃研究进展

Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(LAS)体系微晶玻璃因具有优异的力学性能和光学性能,近年来得到了广泛应用。本文针对LAS微晶玻璃的析出晶相、制备工艺和应用进行了介绍。鉴于当前对高硬耐划玻璃材料的迫切需求,重点阐述了LAS微晶玻璃强韧化技术和表面增强方法的研究进展,对今后研发高强度LAS微晶玻璃具有重要指导作用。

CeO_(2)基电解质固体氧化物燃料电池Al_(2)O3-SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Na_(2)O系玻璃密封材料性能研究

采用高温熔融法制备了Al_(2)O3-SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Na_(2)O系玻璃密封材料,研究了Al_(2)O_(3)含量对Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Na_(2)O玻璃材料密封性能的影响。同时应用FactSage热力学软件对该材料体系进行了相转变计算,对密封材料成分和相组成进行了设计优化。通过实验研究了Al_(2)O_(3)含量对玻璃密封材料热膨胀系数的影响,并将该密封材料应用于CeO_(2)基电解质固体氧化物燃料电池。结果表明,随着Al_(2)O_(3)含量从10 wt.%、20 wt.%增加到30 wt.%,玻璃密封材料的实际使用温度从700℃提高到780℃,热膨胀系数分别为11.25×10^(−6) K^(−1)、11.21×10^(−6) K^(−1)和11.15×10^(−6) K^(−1),与实验测得GDC电解质热膨胀系数10.94×10^(−6) K^(−1)相近,密封材料的稳定性较高,且封接单电池后电池测试结果良好。

Fe-Mn/Al_(2)O_(3)催化臭氧处理膜浓缩化工废水的研究

评估了两种自制的Fe-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂的催化性能,考察了FMA-1/O_(3)系统处理两种化工废水膜浓水能力,并探究了水力停留时间(HRT)、臭氧浓度及H_(2)O_(2)的添加对废水处理效率的影响。结果表明:在一定条件下,FMA-1催化臭氧去除对氯苯酚的性能为51.7%,比Al_(2)O_(3)/O_(3)系统提高了16.2%,优于FMA-2/O_(3)系统。在一定条件下,较O_(3)系统,FMA-1/O_(3)系统处理聚氯乙烯生产废水纳滤浓水的COD去除效率提升9.2%,并发现HRT增加到22 min时,出水COD去除增加,再提高到33 min,COD去除的增加逐渐达到极限。对于FMA-1/O3系统处理聚氯乙烯生产废水纳滤浓水和氧化锌生产废水反渗透浓水,增加臭氧浓度能不同程度提升COD的去除,协同0.065%H_(2)O_(2)催化,则大幅度提升COD的去除效果,在O_(3)浓度为10.7 mg/L且加入H_(2)O_(2)时,两种废水的COD去除率分别提升了19.2%和18.9%。

Na_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-P_(2)O_(5)玻璃的结构和析晶性能研究

采用熔融-淬冷法制备了不同(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能。发现随着(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))含量减少,玻璃中Na_(2)O含量增加,玻璃化转变温度从685℃降低到622℃,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低。拉曼光谱表明Q_(P)^(4)对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na_(2)O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。结果表明:当(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700℃热处理时以NaAlSiO_(4)霞石晶体为主,900℃时转变为以Na_(6.8)Al_(6.3)Si_(9.7)O_(32)霞石晶体为主。当(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na_(3)PO_(4)和Na_(6.8)Al_(6.3)Si_(9.7)O_(32)晶体。热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na_(3)PO_(4)晶体,导致化学稳定性变差。

SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-Na_(2)O-MO(M=Ca,Ba)玻璃在SOFC中的性能研究

从玻璃的粘结强度与气密性角度出发,对在固体氧化物燃料电池(SOFC)领域中应用较为广泛的SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-Na_(2)O-CaO(S1)和SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-Na_(2)O-BaO(S2)两款密封玻璃进行了研究对比。研究发现,S1与SOFC的粘结强度为2.00 MPa,30 kPa下的气体泄漏率为0.041 sccm/cm,而S2与SOFC的粘结强度为3.93 MPa,30 kPa下的气体泄漏率为0.027 sccm/cm,结果表明,S2的密封效果优于S1。750℃下H_(2)/Air=0.6/3.0 slm时,分别以S1和S2密封的SOFC开路电压(OCV)对比验证了以上结果,前者(S1)的OCV值只有0.949 V,远低于后者(S2)的1.08 V。最后结合热膨胀系数(TEC)以及微观形貌对两款密封材料进行了深入探讨分析,为Ca系和Ba系高温密封玻璃的优化提供了借鉴。

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%。

Cr2O3微粉加入量对Al_(2)O_(3)-Cr2O3质耐火材料性能的影响

以电熔铬刚玉和白刚玉为主要原料,用Cr2O3微粉部分替代电熔铬刚玉细粉,研究了Cr2O3微粉加入量对Al_(2)O_(3)-Cr2O3质耐火材料常温和高温性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明,随着Cr2O3微粉加入量的增加,原位形成了(Al1-xCrx)2O3固溶体,促进了烧结,材料的显气孔率先降低后升高,且(Al1-xCrx)2O3固溶体的晶格常数呈线性增加,符合Vegard定律。材料的常温抗折强度和常温耐压强度随Cr2O3微粉加入量的增加先升高后降低,在Cr2O3微粉加入量为15%(质量分数)时强度达到最大值。而当Cr2O3微粉加入量为20%(质量分数)时,由于有挥发现象,材料显气孔率上升,强度下降。材料高温抗折强度随Cr2O3微粉加入量的增加而增加,材料的残余强度保持率呈先降低后升高的趋势。

热震条件下Al_(2)O_(3)-O’-SiAlON-SiC复合材料氧化行为研究

以板状刚玉(骨料和细粉)、α-Al_(2)O_(3)微粉和硅粉等为原料,在1500℃下埋炭保温3 h烧结制备了Al_(2)O_(3)-O’-SiAlON-SiC复合材料。研究了热震及不同热震次数对复合材料氧化行为的影响。研究结果表明:在无热震和热震条件下,试样氧化增重率在900~1300℃均随温度升高而增加;热震氧化条件下的增重率大于无热震条件,且随热震次数增加,氧化增重率略有增加。无热震条件下,试样恒温氧化曲线类似于抛物线型,而热震条件下,试样氧化曲线接近直线型。因此,热震明显促进了复合材料的氧化,其原因在于热震使试样表面的氧化保护膜破裂,试样产生微裂纹,为氧气进入试样内部提供通道,进而加速材料氧化。

双离子束溅射Al_(2)O_(3)高温绝缘薄膜的氧分压研究

采用双离子束溅射沉积法(DIBSD)制备了用作高温绝缘层的Al_(2)O_(3)薄膜,分析了所制备Al_(2)O_(3)薄膜的表面和截面形貌,研究了溅射氧分压对薄膜氧铝元素比的影响,并进一步探讨了氧铝元素比对Al_(2)O_(3)薄膜高温绝缘性能的影响。研究结果表明:双离子束溅射沉积法制备的Al_(2)O_(3)薄膜表面平整度高,粗糙度约为2.86 nm,截面形貌致密,没有微裂纹、空隙等缺陷;溅射氧分压的提高可以增加所制备Al_(2)O_(3)薄膜的氧铝元素比例,18%溅射氧分压下制备的Al_(2)O_(3)薄膜O∶Al约为1.44,接近Al_(2)O_(3)化合物的元素比;18%氧分压溅射的Al_(2)O_(3)薄膜,在1000℃具有6.5 MΩ的绝缘电阻值,高温绝缘性能良好。

Na_(2)O对锂铝硅微晶玻璃析晶及性能的影响

采用熔融法制备了不同Na_(2)O含量的透明锂铝硅微晶玻璃,通过DSC、XRD、FESEM等测试方法研究了不同Na_(2)O含量对玻璃析晶及性能的影响。结果表明:Na_(2)O的引入能显著降低玻璃的转变温度和析晶温度,抑制LiAlSi_(4)O_(10)晶相的析出。但Na_(2)O的引入促使微晶玻璃中析出Li_(2)Si_(2)O_(5)新相,并且随着Na_(2)O引入量的增加,Li_(2)Si_(2)O_(5)转变为主晶相。由于晶体尺寸均为纳米级,主晶相的转变对透过率影响较小,微晶玻璃的可见光透过率均高于85%。主晶相的转变有效增强了微晶玻璃的机械性能,其弯曲强度由300 MPa提升至331 MPa。Na_(2)O的引入有效增强了Na-K交换,Na_(2)O含量为4%(质量分数)的Li 2O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃在410℃的KNO_(3)熔盐中交换6 h后,维氏硬度由7.108 GPa提升至7.403 GPa,弯曲强度由331 MPa提升至470 MPa。

Al_(2)O_(3)/K_(2)O变化对熔融法制备钢渣微晶玻璃性能的影响

为充分利用钢渣并提高其附加值,提升钢渣制备高性能微晶玻璃的综合利用能力。实验通过熔融法制备出微晶玻璃,并采用DSC、XRD以及SEM等测试手段研究了Al_(2)O_(3)/K_(2)O变化对制备钢渣微晶玻璃所造成的影响,结果显示随着Al_(2)O_(3)/K_(2)O的增加,所析出的晶相均为霞石和枪晶石晶相,Al_(2)O_(3)/K_(2)O通过影响玻璃网络结构和析晶状态进而影响钢渣微晶玻璃的性能。微晶玻璃的最高抗折强度为181.03MPa,密度最高为2.99g/cm^(3),显微硬度最高为923HV。

地幔过渡带Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-H_(2)O体系的新含水相

俯冲板片是地表水进入深部地幔的潜在载体,而含水矿物是其中的关键所在.因此,新含水相的发现对认识整个地球内部的水循环过程及效应具有重要意义.研究使用2500吨Sakura型多面顶大压机在Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-H_(2)O体系合成了两个新的含水相,Al_(2)SiO_(6)H_(2)和Al_(5.5)Si_(4)O_(18)H_(3.5)(以下分别记为Psi相和Phi相),合成条件是15.5GPa、1400℃和17.5GPa、1600℃.Cr^(3+)的荧光光谱显示Psi相在687、693和705nm有特征峰,而Phi相在691、696和708nm有特征峰.单晶X射线衍射(SCXRD)结构精修表明两相属于单斜晶系(空间群P2_(1)),其理想化学式分别为Al_(2)SiO_(6)H_(2)和Al_(5.5)Si_(4)O_(18)H_(3.5).在常压300K条件,Psi相的晶格参数为a=(9.4168±0.0016)A、b=(4.3441±0.0007)A、c=(9.4360±0.002)A和β=(119.726±0.005)°;而常压250K条件下,Phi相的晶格参数为a=(7.2549±0.0018)A、b=(4.3144±0.001)A、c=(8.0520±0.002)A和β=(101.740±0.009)°.电子探针分析(EPMA)显示Psi相和Phi相的化学成分分别为Al_(1.99)Si_(0.85)O_(6)H_(2.62)和Al_(5.58)Si_(2.81)O_(18)H_(8.03),与从SCXRD测试得到的理想化学式略有偏差.这可能是在合成条件下,晶体结构中Al和Si无序或被H取代造成的.研究表明,Psi相和Phi相是地幔过渡带上部潜在的水载体,为理解深部水在这一区域如何赋存与分布提供了新的见解.

CaO-SiO_(2)-Fe_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-Na_(2)O渣系对铁水同时脱磷脱硫行为的影响

基于常规的CaO-Fe_(2)O_(3)脱磷渣系和CaO-Al_(2)O_(3)脱硫渣系,开发出一种铁水同时预脱磷脱硫的CaO-SiO_(2)-Fe_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-Na_(2)O渣系,以减轻转炉冶炼任务,减少转炉炼钢渣量,缩短转炉冶炼时间,进而实现低成本生产洁净钢。实验室结果表明:终渣碱度R在2.17~4.20,Na_(2)O质量分数在10.81%~14.01%,Al_(2)O_(3)质量分数在5.54%~10.98%时,可同时达到脱磷脱硫的效果,脱磷率最高可达74%,脱硫率最高可达69%。基于反应渣样的XRD物相分析及SEM-EDS微区分析,证明了Na_(2)O可实现同时脱磷脱硫的效果,阐明了渣系的碱度、Na_(2)O含量及Al_(2)O_(3)含量对脱磷脱硫率的影响。同时分析表明:碱度会影响熔渣中剩余氧化钙含量的变化从而影响脱磷脱硫;Na_(2)O通过改变磷氧化物的固溶形式脱磷,改变基体硫容量影响脱硫;Al_(2)O_(3)通过影响熔渣熔点和熔渣中游离碱性氧化物含量影响脱磷脱硫。