烧结合成镁锆熟料的研究

采用轻烧氧化镁和锆英石粉为原料,研究了锆英石配合量、粉料细度及烧成温度对合成料的烧结及显微结构的影响。结果表明：在氧化镁与锆英石反应烧结过程中,锆英石分解后在初始锆英石颗粒内形成的气孔是阻碍合成料烧结致密化的不良因素;粉料细度,特别是锆英石的细度,对合成料的致密化有决定性的影响     

无碱玻璃纤维池窑用高致密锆英石砖的研究

采用高纯锆英石为主要原料 ,研究了几个关键工艺因素对高纯高致密锆英石砖性能的影响。结果表明 ,原料纯度、外加物种类及其加入量和烧成温度是获得优质高致密锆英石砖的关键。显微结构分析结果显示 ,这种砖晶粒间呈交错网络结构 ,直接结合程度极高 ,并具有良好的抗玻璃液的侵蚀性和渗透性。扫描电镜检验发现 ,玻璃液渗入砖内与砖反应 ,首先溶解Al2 O3、R2 O等组分 ,然后溶解锆英石 ,并析出斜锆石晶粒 ,呈岛状分布于玻璃液中 ,破坏了砖的原始直接结合结构 ,导致砖的解体。     

SiO2含量对钛矿渣微晶玻璃晶化行为的影响

以钛矿渣为主要原料,采用熔融法制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃,通过综合热分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了SiO₂含量对钛矿渣微晶玻璃的基础玻璃稳定性及晶化行为的影响。结果显示:以原渣制备微晶玻璃时,其基础玻璃结构不稳定,易析出钙钛矿晶体,随着SiO₂含量的增加,基础玻璃趋于稳定,析晶温度上升,热处理后析晶程度更高,显微结构更加致密,因而强度更高。通过加入辅助原料石英粉来调节SiO₂含量,当SiO₂含量为40%(质量分数)时,可以制备出具有稳定玻璃体、晶相仅为透辉石、抗弯强度为82.1 MPa的微晶玻璃,其钛矿渣掺量在80%(质量分数)以上,具有重要的经济与社会效应。     

澄清剂对废液晶玻璃熔制耐热玻璃的影响

基于废液晶玻璃原料设计了一种新型耐热硼硅玻璃，针对所制耐热玻璃澄清困难，导致玻璃气泡含量多的问题，借助玻璃配合料高温视像研究方法，研究了CeO₂、NaCl、Na₂SO₄、SnO₂四种澄清剂对耐热玻璃澄清质量的影响。实验通过高温视像系统对玻璃液澄清过程进行观测，结果表明：在1 600℃熔化温度下，NaCl和Na₂SO₄作为单一澄清剂的添加量分别为0.50%(质量分数)、0.20%(质量分数)时，达到最佳澄清效果；CeO₂、SnO₂分别与NaNO₃复合作为复合澄清剂的添加量为0.40%(质量分数)CeO₂+2.60%(质量分数)NaNO₃、0.40%(质量分数)SnO₂+2.40%(质量分数)NaNO₃时，达到最佳澄清效果；玻璃熔体泡沫开始回落时间分别为22、10、20、28 min;开始回落温度分别为1 1...     

锆英石碳热还原制备ZrB2-ZrO2-SiC复合粉体

以锆英石、硼酸和炭黑为原料，在流通氩气气氛中于1 500℃煅烧制备ZrB₂-ZrO₂-SiC复合粉体，研究了保温时间（分别为3、6和9 h）和添加剂AlF₃添加量（质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%）对合成产物物相组成和显微结构的影响。结果表明：1)将锆英石在流通氩气气氛中于1 500℃碳热还原可制备ZrB₂-ZrO₂-SiC复合粉体；ZrB₂、ZrO₂呈粒状，SiC呈纤维状。2)随着保温时间的延长，ZrB₂的量逐渐增多，m-ZrO₂和SiC的量均逐渐减少，非氧化物ZrB₂、SiC、ZrC的总量逐渐增多。3)与未添加AlF₃的试样相比，添加0.5%（w）AlF₃的试样中m-ZrO₂量显著减少，ZrB₂的量显著增多，SiC的量有所减少；但随着AlF     

锆英石对铝铬锆砖抗侵蚀性能及六价铬形成的影响

铝铬锆砖因具有优异的抗渣侵蚀性能,被作为炉衬材料广泛应用于工作环境恶劣的危废焚烧炉。然而,铝铬锆砖在制备和服役过程中可能形成有毒的水溶性Cr(VI),相关研究工作却未见报道。本研究分别以单斜氧化锆和锆英石为氧化锆源制备了两种铝铬锆砖,研究了铝铬锆砖在四种不同组成危废焚烧炉渣中的侵蚀行为及熔渣侵蚀前后砖中Cr(VI)的含量。结果表明,锆英石高温下分解形成单斜氧化锆和无定形的二氧化硅,促进化学稳定性较好的(Al,Cr)₂O₃固溶体的形成,提高了铝铬锆砖的致密化程度,同时改善了铝铬锆砖的抗渣侵蚀性能。此外,生成的二氧化硅可以还原砖中Cr(VI)化合物,降低铝铬锆砖中的Cr(VI)含量。熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中Cr(VI)含量与熔渣成分密切相关。在被高碱性氧化物含量的熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中的Cr(VI)含量较高,但锆英石作为氧化锆源的铝铬锆砖在不同熔渣中侵蚀前后的原砖层和渗透层内的Cr(VI)含量均低于欧盟限制标准。     

玻璃窑炉用新型氧化锆基复合材料性能研究

为了给玻璃窑熔池提供一种综合性能优良的材料，按m(ZrO₂)∶m(Al₂O₃)=4∶1将ZrO₂粉和Al₂O₃粉充分混合后在电弧炉内熔融，再将得到的电熔氧化锆-刚玉共晶料加工成不同粒度，随后按一定的颗粒级配配料并混合均匀，压制成型后在1 750℃下烧结，制备了新型氧化锆基复合材料，分析了物相组成和显微结构等性能，并与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖进行了抗玻璃液侵蚀性对比。结果表明：新型氧化锆基复合材料结构致密，且化学纯度高、组分无低熔点物，具有良好的抗热震性。与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖相比，新型氧化锆基复合材料被高温玻璃液侵蚀后未见孔洞，无针状气孔及缺陷，无液相渗入，与玻璃液没有发生反应，具有良好的抗玻璃液侵蚀性能。     

ZrO2粒径对盐助燃烧合成纳米ZrC微观结构的影响

采用盐助燃烧合成工艺制备了纳米碳化锆(ZrC)粉体,研究了原料氧化锆(ZrO₂)粒径对纳米ZrC粉体微观结构的影响规律和作用机制。结果表明,在ZrO₂-Mg-C体系中,随着ZrO₂原始粒径减小(200→10 nm),碳锆体系反应活性增强,ZrC中的游离碳含量逐渐减少,ZrC粉体的平均粒径随ZrO₂粒径的减小而减小,当加入粒径为10 nm的ZrO₂时,ZrC粉体的平均粒径为48 nm,且类球形形貌更加均匀。原料ZrO₂粒径减小,比表面积增大,提高了反应活性和渗碳速度,从而减小了反应时间、反应温度对晶粒生长的影响,获得了分布均匀的高纯纳米ZrC粉体。     

组成对钠铝硅玻璃中钇锆酸盐纳米晶析晶性能的影响

基于含Y₂O₃和ZrO₂的钠铝硅玻璃体系,研究了玻璃组分中Al₂O₃/Na₂O摩尔比值(M_AN)与SiO₂/Al₂O₃摩尔比值(M_SA)对玻璃析晶性能的影响。研究结果表明,当M_AN<1时,玻璃经热处理后表面析出钠霞石晶体;当M_AN≥1时,玻璃热处理后析出钇锆酸盐纳米晶体,且此时微晶玻璃仍然具有不小于90%的高可见光透过率。对于固定M_AN的玻璃,调整其M_SA也能实现钇锆酸盐纳米晶的析出,且析出晶体尺寸随M_SA增加而减小。随着热处理温度升高微晶玻璃样品中纳米晶体尺寸增大,维氏硬度也增大。     

氧化锆对微通道板用铅硅玻璃结构和性能的影响

通过X射线衍射(XRD)分析、拉曼光谱(Raman)分析、热膨胀系数以及维氏硬度等测试,探究了ZrO₂对微通道板铅硅玻璃的结构和性能等方面的影响。研究表明,引入8%(质量分数,下同)以内的ZrO₂可实现无析晶微通道板用铅硅玻璃的制备。玻璃中桥氧键的振动强度随ZrO₂含量的增加出现先增加后降低的变化趋势,对应热膨胀系数呈先降低后增加的变化趋势。ZrO₂含量为2%时,玻璃中桥氧含量达到最大,对应玻璃的热膨胀系数最小为80.5×10^-7 ℃^-1,此时微通道板耐离子轰击能力比无锆微通道板提高了33%。玻璃的维氏硬度随ZrO₂含量的增加逐渐变大,且ZrO₂含量低于5%时,维氏硬度变化较为明显。ZrO₂含量为8%时,玻璃的维氏硬度最大为5.1 GPa。     

锆英石对固相反应制备钛酸铝材料性能的影响

以铁合金厂铝钛渣为主要原料,通过固相反应烧结法制备钛酸铝材料,研究了锆英石对不同温度煅烧所得钛酸铝材料的分解率及烧结性能的影响。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及相关分析软件对煅烧后试样的相组成、晶胞参数、相对结晶度及微观结构进行分析。结果表明,锆英石中Zr⁴⁺和Si⁴⁺对钛酸铝中Ti⁴⁺的置换行为加速了钛酸铝材料的固相反应,加入氧化锆有利于降低钛酸铝材料的分解率,提高钛酸铝材料的致密度。升高煅烧温度可以增强锆英石对钛酸铝材料性能的影响,抑制钛酸铝材料的分解。     

改性SiO2源对合成高纯莫来石材料结构及性能的影响

在天然石英中引入质量分数为8%的γ-Al₂O₃,经1 550 ℃加热处理实现了对SiO₂源的掺杂改性。以不同SiO₂源和γ-Al₂O₃为原料,对比研究了改性SiO₂源对合成高纯莫来石材料结构和性能的影响。结果表明:SiO₂中掺入少量γ-Al₂O₃后,其熔融温度降低;改性SiO₂源在较窄的温度范围(1 570~1 580 ℃)内转化为富SiO₂液相。大量富SiO₂液相的形成促进了莫来石化反应,加速了颗粒重排,提高了材料的致密度,从而改善了高纯莫来石材料的反应烧结性能。在煅烧过程中,富SiO₂液相逐渐被反应消耗转化为高温相的莫来石;同时,改性SiO₂源熔融提供的液相环境,促进了莫来石晶体的各向异性生长。经1 700 ℃保温3 h煅烧后,莫来石晶体发育呈柱状并形成交叉的网络结构,增强了晶体间的结合程度。采用改性SiO₂源合成的高纯莫来石材料,表现出更好的力学性能。     

流化床化学气相沉积法制备近化学计量比的TiN粉体

传统气-固反应工艺制备TiN粉体存在难以逾越的内扩散控制过程，导致制备高纯、正化学计量比的TiN粉体至今存在巨大困难。提出了流态化化学气相沉积工艺(FBCVD)制备高质量TiN粉体，即基于TiCl₄-N₂-H₂体系，在往复运动的TiN种子粉体上沉积新生高质量TiN粉体的新方法。实验发现，当TiN种子粉体粒径大于52.95 μm时，即使在1000℃沉积2 h也不会失流，同时在TiN种子粉体上获得了亚微米级的结节状新生TiN颗粒。通过氧氮分析仪和XRD分析发现，新方法显著提升了粉体的氮含量，获得了近化学计量比的TiN_0.96，且氧含量下降了约40%。此外，流化床中气相沉积TiN的生长模式为岛状生长模式，为工业中制备高质量TiN粉体提供了一种新的方法。     

核桃壳粉为碳源制备C@ZrSiO4黑色色料

以核桃壳粉、八水氧氯化锆(ZrOCl₂·8 H₂O)和正硅酸乙酯(TEOS)等为原料,采用溶胶-沉淀法制备了硅酸锆包裹炭黑(C@ZrSiO₄)黑色色料。通过TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM、TEM等对试样的热效应、化学结构、物相组成和微观结构进行了表征,研究了不同热处理温度、核桃壳粉/硅酸锆质量比(理论合成,下同)等对色料组成和色度的影响规律。结果表明,当热处理温度为1 100℃、核桃壳粉/硅酸锆质量比为1∶3时,合成的C@ZrSiO₄色料发色性能最佳,L^*=31.3、a^*=+1.4和b^*=+1.3;在透明釉中外加5%(质量分数)C@ZrSiO₄色料,经1 200℃烧成所制备的黑釉具有较好的呈色效果,其色度值L^*=41.2、a^*=+1.2和b^*=+1.7。     

氮气气氛下Al对SiC-MgAl2O4复合材料物相和结构演变的影响

以SiC、MgAl₂O₄细粉为主要原料,分别添加质量分数为1%、3%、5%、7%、9%和12%的金属Al,置于流动氮气中,在1 500 ℃下保温5 h烧成得到SiC-MgAl₂O₄复合材料,对烧后试样进行XRD、SEM及EDS分析。结果表明,1 500 ℃高温烧结后,材料体系发生一系列复杂反应,试样中物相均以β-SiC、MgAl₂O₄、氮化物和sialon相为主。部分金属Al在高温下氮化形成氮化铝,并参与sialon相和MgAlON形成的反应。尖晶石则转变为富铝尖晶石和MgAlON两相共存。随着Al含量的增加,尖晶石中固溶铝含量达到极限时,析出α-Al₂O₃。Al含量的增加使得结合相Si-Al-O-N的形貌发生变化,由板带状向板柱状过渡,最终发育成形貌较为清晰的板层状。经SEM-EDS分析,sialon相中固溶一定量的Mg元素,为sialon多型体Mg-sialon相。     

La2O3对镁铝尖晶石透明陶瓷致密化及其性能的影响

镁铝尖晶石透明陶瓷兼具了良好的光学和力学性能,在军、民两用领域有着广泛的实际和潜在应用前景。由于其致密化速率低,在烧结过程中往往需要引入烧结助剂。稀土倍半氧化物熔点高,高温不易挥发,近些年被证实可以促进镁铝尖晶石陶瓷的致密化,但其促烧机理尚不明确。本文以高纯商业化镁铝尖晶石粉体为原料,La₂O₃为烧结助剂,采用无压预烧结合热等静压烧结,制备镁铝尖晶石透明陶瓷,通过XRD、SEM、紫外-可见分光光度计、万能试验机等测试手段对其致密化过程及其力学和光学性能进行表征和分析,研究了La₂O₃对镁铝尖晶石透明陶瓷致密化过程的影响规律和作用机制。结果表明,La₂O₃通过与尖晶石反应或固溶产生晶格畸变,增加缺陷浓度,从而起到促进致密化的作用,一定程度上降低了预烧温度和热等静压温度。对于190 MPa、1 500 ℃热等静压烧结3 h的样品,La₂O₃掺杂可以显著提高紫外区域的透过率;同时,La偏析到晶粒表面,抑制了尖晶石晶粒的生长,从而提高了样品的力学强度。掺杂0.05%(质量分数)La₂O₃样品较未掺的样品,400 nm处透过率从63%提高到81%,弯曲强度从263.7 MPa提高至319.0 MPa,断裂韧性从1.69 MPa·m^1/2提高至1.82 MPa·m^1/2。     

TiO2促进CaAl4O7材料烧结规律及其机理

为了适应材料轻量化、经济化以及功能化的发展需要，以Al₂O₃和CaCO₃粉末为主要原料，TiO₂为添加剂，采用固相烧结法，经1200℃预烧2h-1600℃烧结1h后，制备了CA₂材料,并考察了TiO₂促进该材料烧结规律及其机理。结果表明，添加TiO₂中的Ti⁴⁺离子在烧结过程中通过取代Al³⁺离子固溶入了CA₂相中，有效地促进了CA₂相的晶格畸变，增加了Al³⁺离子空位，提高了CA₂相的活性，加速了离子混淆与扩散，从而有效地促进了CA₂相的烧结，同时超过固溶极限过量的TiO₂与脱溶的Al₂O₃反应生成Al₂TiO₅新相，填塞气孔，进一步促进了烧结致密化。综上因素，CA₂材料的致密化被有效促进。当TiO₂的添加量为1%时，显气孔率已由未添加时的12.7%下降到4.7%，体积密度已由未添加时的2.51g/cm³上升到2.65g/cm³，可制得显微结构交织分布的致密CA₂材料。     

硫酸铅在硼硅酸盐玻璃熔体中的溶解特性

针对高硫、高钠的高放废液玻璃固化过程中Na₂SO₄极易分解和分相的问题,本文提出在模拟高放废液中加入适量Pb(NO₃)₂溶液将Na₂SO₄转变成PbSO₄,再利用熔融法制备硼硅酸盐玻璃固化体。首次采用在钢铁材料中广泛应用的高温激光共聚焦显微镜原位观察PbSO₄在玻璃熔体中的溶解特性,并探究不同温度(800～1 150 ℃)下PbSO₄与硼硅酸盐玻璃混合熔制后的热稳定性以及玻璃体中的硫含量。结果表明:在硼硅酸盐玻璃中掺入6%(质量分数,以SO₃计)PbSO₄的样品在800 ℃和900 ℃为均匀的玻璃陶瓷,其中800 ℃时主要含SiO₂及少量BaSO₄、PbSO₄晶体,900 ℃时SiO₂晶体减少,BaSO₄晶体增多,PbSO₄消失并出现CaMgSi₂O₆晶体;样品在1 000 ℃时玻璃表面开始出现由PbO、BaSO₄、LiNaSO₄晶体组成的白色分相,在1 000～1 100 ℃时圆形PbO晶体逐渐长大,BaSO₄晶体由块状变为条状;样品在800～1 000 ℃时玻璃体中的硫含量基本保持不变,随着温度进一步升高硫含量迅速下降。     

MgO源对纳米η-Al2O3制备镁铝尖晶石的影响

分别以轻烧氧化镁粉、碳酸镁、分析纯氢氧化镁为MgO源,纳米η-Al₂O₃为原料(其摩尔比为1∶1),采用固相反应法制备镁铝尖晶石。研究不同MgO源对纳米η-Al₂O₃制备镁铝尖晶石的显气孔率、体积密度、物相组成、晶胞参数以及微观结构的影响。结果表明,随着烧结温度升高,三种MgO源与纳米η-Al₂O₃制得镁铝尖晶石试样的致密性逐渐升高。在1 600 ℃下,以氢氧化镁为MgO源与纳米η-Al₂O₃制得尖晶石试样的体积密度最大为3.296 g/cm³,显气孔率最低为1.9%,晶粒发育最好,晶粒尺寸约为3~5 μm。1 300 ℃时,三种MgO源与纳米η-Al₂O₃全部生成镁铝尖晶石,与以α-Al₂O₃为Al₂O₃源制备镁铝尖晶石的传统固相法相比,镁铝尖晶石的合成温度降低了100 ℃,可以降低镁铝尖晶石的成本,对镁铝尖晶石的应用具有实际意义。     

Al2O3含量对PbO-CaO-B2O3-SiO2系玻璃析晶行为与烧结性能的影响

PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体是耐高过载低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷带的主要组成部分。玻璃粉体的析晶行为影响烧结性能,进而决定基板的使用性能。本文研究了Al₂O₃含量对PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃析晶行为与烧结性能的影响。结果表明:向PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃中引入Al₂O₃可抑制玻璃析晶,防止高膨胀晶相的析出,并提高玻璃烧结密度;不含Al₂O₃的PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃粉体析晶峰温度为862 ℃,烧结过程中析出方石英晶相,20~200 ℃的平均线膨胀系数高达260.8×10^-7 ℃^-1;引入2.1%(质量分数)Al₂O₃可显著抑制玻璃析晶,700 ℃烧结后膨胀系数降低至72.9×10^-7 ℃^-1,介电常数显著增大,由6.30提高至7.02。