Al在方镁石-尖晶石材料中作用机理研究

本研究以电熔镁砂、尖晶石、金属铝粉为原料制成方镁石-尖晶石材料,研究该材料在高温使用条件下金属Al的高温反应行为以及产物的变化。在高温条件下获得了Mg-Al-(Si)-O-N系非氧化物结合的、性能优异的方镁石-尖晶石材料。通过XRD物相检测及SEM显微结构分析,发现在材料的气孔中及镁砂颗粒表面生成大量纤维及六方片状晶体,经XRD及EDS检测,确定该物相为M1.75Si1.75Al3.5O3N5。研究表明,方镁石-尖晶石材料中添加金属Al,由于在使用条件下形成了一系列的氮化物或氮氧化物的非氧化物结合相,不仅能提高材料的热震性能,还能提高材料的抗侵蚀等使用性能,对研究开发RH精炼炉无铬化材料具有重大意义。

还原气氛下SiO_2在Al_2O_3-Al-C材料中作用机理研究

本试验借助金属过渡塑性相理论,在Al2O3-C系耐火材料中引入中金属铝粉和SiO2粉,研究空气气氛埋碳条件,不同烧成温度下Al、SiO2的高温反应行为及产物的变化。对烧成后的试样进行XRD物相检测及SEM显微结构分析,发现不添加SiO2的试样中单质Al已经不存在,在材料的气孔中生成大量AlN纤维;添加SiO2的试样中单质Al和SiO2都已经不存在,且形成了大量纤维及六方片状晶体,经XRD及EDS检测,确定该物相为SiAl5O2N5。

纳米η-Al2O3粉与不同硅源原位合成莫来石的研究

以纳米η-Al2O3粉为铝源,石英粉、硅灰,白泥和复合粉(白泥︰石英粉=25︰75)为硅源,通过固相反应烧结原位合成莫来石材料。研究了不同硅源及温度对试样的烧结性能,物相组成和显微结构的影响,分析了莫来石的合成机理。结果表明:在1550℃保温3 h时,以白泥为硅源的试样性能最佳,体积密度为2.86 g/cm3,显气孔率为3.5%,抗折强度为135.6 Mpa;除白泥外纳米η-Al2O3粉与其他三种硅源所制备的试样全部为莫来石相衍射峰;以石英粉和硅灰为硅源制备的莫来石晶体为短柱状,抗折强度相对较小,以白泥和复合粉为硅源制备的莫来石晶体为长柱状,抗折强度相对较大;纳米η-Al2O3与白泥中分解出来的无定形Si O2反应形成莫来石,在转成α-Al2O3后与石英粉和硅灰中Si O2反应合成莫来石。

TiO_2烧结助剂对纳米η-Al_2O_3制备氧化铝陶瓷的影响

为降低氧化铝陶瓷制备成本,改善其性能,以价格低廉的纳米η-Al_2O_3为原料,TiO_2为烧结助剂,制备氧化铝陶瓷。研究了TiO_2加入量对纳米η-Al_2O_3氧化铝陶瓷的体积密度、显气孔率、物相组成和微观结构的影响。结果表明:TiO_2通过增加氧化铝中铝离子点缺陷数量而提高其扩散系数,促进氧化铝陶瓷的致密化及晶粒的生长。η-Al_2O_3到α-Al_2O_3的相变首先在氧化铝颗粒表面进行,然后迅速扩散至内部完成。通过计算晶胞参数大小,定量证明刚玉晶体发育良好,引入适量TiO_2对氧化铝陶瓷高温性能和化学稳定性影响较小。当TiO_2加入量为2wt%,烧结温度为1600℃时,氧化铝陶瓷的性能优良,体积密度为3. 70 g/cm^3、显气孔率为1. 2%,存在一定数量的晶间气孔和晶内气孔,晶体间结合紧密,晶粒尺寸10～30μm。

以氢氧化钙为钙源高温煅烧合成钛酸钙

为探究以氢氧化钙为钙源高温固相反应合成钛酸钙的工艺条件,以分析纯Ca(OH)_2粉和钛白粉(锐钛矿)为原料,按n(CaO)∶n(TiO_2)分别为1、1.1、1.2、1.3和1.4配料,经成型、干燥后,分别在1500、1550、1600、1650和1700℃保温2.5h煅烧合成钛酸钙。检测烧后试样的体积密度和显气孔率,并利用XRD和SEM分析物相组成和显微结构。结果表明:1)n(CaO)∶n(TiO_2)=1时,在不同煅烧温度下均合成出了无杂相的稳定CaTiO_3相;但随着钙钛比和煅烧温度的提高,稳定的CaTiO3相逐渐转变成不稳定的Ca3Ti2O7和Ca4Ti3O10相,对合成材料的显微结构和物相组成影响较大;达到1700℃时,不稳定钛酸钙相均又全部转变成稳定的CaTiO3相。2)随着煅烧温度从1500℃升高到1650℃,合成钛酸钙材料的致密性逐渐变差。3)以氢氧化钙为钙源固相法合成钛酸钙时,煅烧温度控制在1500℃(保温2.5h)时,n(CaO)∶n(TiO_2)=1为适宜的合成条件。