堇青石粉末合成及其烧结特性的研究

以热喷雾法制备的MgAl2.6(OH)x粉末、水玻璃和MgCb为原料,用沉淀包裹法制备堇青石前躯体粉末。通过控制沉淀过程中体系的pH值,在MgAl2.6(OH),粉末粒子上形成无定形连续包裹层。烧结过程中,在700℃之前,包裹层与被包裹粒子反应形成无定形相;在850℃,从无定形体系中析出的纳米尖晶石对致密化烧结过程没有影响,相反,方石英的析出将阻碍烧结。堇青石的烧结属液相烧结,其致密化过程发生在堇青石合成之前。700℃煅烧的堇青石前躯体在1250℃烧结2h,其相对密度可达96．4％。     

堇青石陶瓷烧结工艺及机理研究

本文利用DSC、XRD技术，研究了MgO、Al2O3，和SiO2反应烧结制备堇青石陶瓷的机理。结果表明MgO和Al2O3在1155℃反应合成镁铝尖晶石(MgAl2O4)，进而在1317℃长时间保温与SiO2反应生成堇青石。     

机械活化含不同镁源的混合物合成堇青石

分别以轻烧氧化镁、氢氧化镁、碱式碳酸镁为镁源,以三水铝石和无定形二氧化硅为铝源和硅源,按堇青石的理论组成配制成3种不同的混合料,经0、1、3、10、20、40 h机械活化后,在1 200、1 250、1 300、1 350℃空气气氛中煅烧3 h合成堇青石,用XRD分析机械活化前后物料的物相组成和结晶度以及合成产物的相组成。研究结果表明:1)以轻烧氧化镁为镁源的物料经40 h机械活化后仍未完全无定形化,而以氢氧化镁或碱式碳酸镁为镁源的物料经20或10 h机械活化后就完全无定形化;2)机械活化对3种物料的堇青石初始生成温度影响不大,在1 350℃煅烧3 h后,未机械活化的3种物料均未完全生成堇青石,而机械活化一定时间后的3种物料均形成了纯相堇青石,表明机械活化降低了堇青石的完全生成温度。     

高能球磨作用对合成堇青石基陶瓷的相组成和相变机理的影响

采用XRD分析研究了由分析纯的氧化物粉末制备堇青石基陶瓷时,高能球磨作用及热处理温度对堇青石陶瓷相组成和相变过程的影响,并分析了高能球磨在堇青石陶瓷烧成过程中的作用.结果表明经高能球磨处理的试样在低温烧成(900℃)时,首先出现中间相镁铝尖晶石(MgAl2O4),但1100℃时中间相又消失;与未球磨的试样比较,高能球磨不仅能够降低堇青石的相变温度,而且可大大加快中间相和原料相向α-堇青石转变的速度;同时发现提高烧成温度有利于中间相向堇青石的转变.此外,还研究了粉末的状态(即是否经成型处理)对堇青石陶瓷相组成的影响.结果表明,加压成型使Si4+、Mg2+和Al3+易于扩散,能促进早期的固相烧结和后期的液相烧结,有利于主晶相α-堇青石的合成,但对相组成没有太大影响.     

溶胶-凝胶法合成堇青石材料性能的研究

以正硅酸乙酯,六水硝酸镁,九水硝酸铝为原料,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备均质堇青石粉体,将粉体压制后在1250℃保温2h烧成后得到堇青石陶瓷烧结体,通过DSC-TGA、 XRD和SEM对试样进行表征.结果表明:前驱体经不同温度煅烧后得到堇青石粉体的晶相经历了从无定形态向α-堇青石转变的过程,μ-堇青石在950℃时结晶形成,1200℃时,μ-堇青石转化为α-堇青石,同时有镁铝尖晶石相出现,1250℃时,α-堇青石相增多,μ-堇青石相和镁铝尖晶石相消失,堇青石的结晶程度较好,其烧结体的致密度达到最高,为2.456 g/cm3,晶粒细小,微观结构比较均匀致密.     

利用无害化铝灰合成耐火原料研究

以无害化铝灰为主要原料,通过与轻烧镁砂混合,在1 650℃下高温反应合成镁铝尖晶石。与滑石和硅石粉混合,在1 380℃下高温反应合成堇青石。借助X射线衍射仪及扫描电子显微镜研究了其物相组成和显微结构,并将合成的尖晶石用于制备刚玉尖晶石浇注料,研究了其抗渣性。研究结果表明,无害化铝灰可以制得纯净的镁铝尖晶石和堇青石。铝灰基镁铝尖晶石致密性高,其体积密度为3.07 kg/L,气孔率为1%,将其应用在刚玉-尖晶石浇注料中,表现出优异的抗渣侵蚀和渗透能力,其原因与铝灰基尖晶石的高活性有关。合成的铝灰基堇青石的体积密度为1.97 kg/L,气孔率为19%,其致密性优于滑石-黏土-氧化铝系堇青石。     

利用煤矸石低温合成堇青石陶瓷粉体的研究

以煤矸石为主要原料,辅以组分氧化物调节配方,采用固相反应在低温下合成了堇青石陶瓷粉体,并利用XRD、SEM对试样进行表征.实验结果表明,以50％的煤矸石辅以50％的组分氧化物配料,在1150～1250℃下煅烧3～5h,合成了形貌不规则的颗粒状堇青石陶瓷粉体;其中,在1200℃保温时间4h合成的粉体粒度分布相对均匀,粒径约20 μm.煤矸石中的杂质可以降低堇青石陶瓷粉体的合成温度,同时也产生了少量二次镁铝尖晶石杂相.     

堇青石对镁铝尖晶石质耐火材料抗热震性能的影响

镁铝尖晶石堇青石复合耐火材料是以各种级配的镁铝尖晶石和1 ～Omm的堇青石为骨料,0.088 mm镁铝尖晶石和二氧化硅微粉为基质,加入硅溶胶结合剂制成的烧结耐火材料.所获得的材料经过1200℃烧结具有优良抗热震性以及满足要求的其他性能,随着堇青石掺量的增加,材料的抗折强度降低,抗热震性增强.     

硅溶胶高分子网络凝胶法合成堇青石粉

利用硅溶胶作为合成原料,通过高分子网络凝胶法制备了堇青石粉。采用XRD,TG—DSC,SEM,EDS等手段对其相变过程进行了研究。高分子网络法制得凝胶经过500℃脱碳后,在高温条件下发生了如下变化:在800℃以下煅烧形成无定性相,900℃时形成假蓝宝石相,假蓝宝石相在1 000℃与无定形SiO2形成β-堇青石,β-堇青石在1 100℃开始转化为a-堇青石,1 200℃时可以形成结晶良好的纯a-堇青石相。用高分子网络法比固相反应1450℃合成堇青石降低反应温度250℃。     

烧成制度对MAS系堇青石微晶釉结构与性能的影响

采用天然矿物为原料制备Mg O-Al₂O₃-Si O₂ (MAS)系统堇青石微晶釉,通过XRD、DTA-TG和FE-SEM等测试手段研究了烧成制度对堇青石微晶釉结构与性能的影响,同时分析了该系统中α-堇青石的形成过程。结果表明：烧成温度从1200℃升高到1350℃,釉中α-堇青石的含量由4.7%增加至23.1%,热膨胀系数从5.18×10^-6/℃减小至3.64×10^-6/℃(600℃),釉面硬度从3.5 GPa增大至7.2 GPa。釉料在升温过程经历了原料熔融分解到生成镁铝尖晶石,而后其溶解与釉中石英反应生成α-堇青石的演变过程。当烧成温度为1300℃,保温时间为30 min时制备的样品性能最佳,热膨胀系数为3.79×10^-6/℃(600℃),釉面硬度为7.1 GPa。     

利用铝铬渣与废弃镁碳砖合成镁铝尖晶石材料

以铁合金厂铝铬渣和钢厂废弃镁碳砖为主要原料,通过固相烧结反应合成MgAl2O4材料,研究分析铝铬渣与废弃镁碳砖细粉比例关系对合成MgAl2O4材料组成和结构的影响.用XRD、SEM及Rietveld quantification软件对材料中结晶相组成和结构进行表征.结果表明:铝铬渣和废弃镁碳砖细粉经1500℃保温2h煅烧,可以合成出镁铝尖晶石材料.当镁碳砖含量为40％,铝铬渣为60％时,合成材料微观结构中出现典型的镁铝尖晶石八面体形貌特征,结晶相发育完整,结构致密,镁铝尖晶石含量达到94％.     

Bi_2O_3对堇青石陶瓷的烧结行为、相变和热膨胀性能的影响

采用X射线衍射仪、差热分析仪和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末 (MgO、Al2 O3 和SiO2 )制备堇青石陶瓷时 ,添加Bi2 O3 对堇青石陶瓷相变和性能的影响 ,分析了Bi2 O3 在烧结过程中的作用机理是低温产生液相促进烧结。试验表明 ,Bi2 O3 能明显降低烧结温度 ,在 12 5 0℃烧成 3h后的陶瓷是由α堇青石和少量的 μ堇青石组成。随着Bi2 O3 含量增加 ,陶瓷的致密度和热膨胀系数逐渐升高。Bi2 O3 的添加量 (质量分数 )为 0 .0 4 ,原料相石英消失。Bi-O膨胀系数较Si-O的大和Bi3 + 离子进入堇青石晶格中是引起堇青石陶瓷热膨胀系数升高的主要原因。     

Bi2O3对堇青石陶瓷的烧结行为、相变和热膨胀性能的影响

采用X射线衍射仪、差热分析仪和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末(MgO、Al2O3和SiO2)制备堇青石陶瓷时，添加Bi2O3对堇青石陶瓷相变和性能的影响，分析了Bi2O3在饶结过程中的作用机理是低温产生液相促进烧结。试验表明，Bi2O3能明显降低饶结温度，在1250℃烧成3h后的陶瓷是由α堇青石和少量的μ堇青石组成。随着Bi2O3含量增加，陶瓷的致密度和热膨胀系数逐渐升高。Bi2O3的添加量(质量分数)为0．04，原料相石英消失。Bi—O膨胀系数较Si—O的大和Bi^3 离子进入堇青石晶格中是引起堇青石陶瓷热膨胀系数升高的主要原因。     

SiO2/Al2O3摩尔比对堇青石微晶釉结构与性能的影响

以矿物为主要原料采用生料釉法制备堇青石微晶釉,探究了不同SiO2/Al2O3摩尔比对堇青石微晶釉结构和性能的影响。通过高温显微镜、XRD、FT-IR、SEM等对堇青石微晶釉进行了测试表征,并测试其热膨胀系数、釉面硬度和白度。结果表明:随着SiO2/Al2O3摩尔比从7.7降低到3.5,釉的流动性先提高后降低,釉中存在的主晶相由单一顽火辉石转变为顽火辉石和α-堇青石共存再到单一α-堇青石最后转变为α-堇青石和镁铝尖晶石。且釉中α-堇青石含量先增加后减少,热膨胀系数先降低后升高,釉面硬度先增大后减小,白度先减小后增大;当SiO2/Al2O3摩尔比为4.0时,样品的综合性能最佳,α-堇青石含量最高,为19.8%,釉的热膨胀系数为4.37×10-6(600℃),釉面硬度为6.9 GPa,白度为69.1 Wb。     

氮气气氛下MgAl2O4/SiC材料的反应性能研究

为了研究氮气气氛下MgAl2O4/SiC材料的反应性能及硅粉的影响,将添加硅粉前后的MgAl2O4-SiC材料在流动氮气中经1600℃保温3h烧成,对烧结后的试样进行XRD、SEM和EDS分析.研究发现:两者材料的主要物相均为镁铝尖晶石、碳化硅、氮化硅.不添加硅粉的试样中生成的氮化硅呈长径比较大的纤维状,其生长过程符合VS生长机制;添加硅粉后的试样中生成的氮化硅根部呈柱状,顶部呈锥状,其生长是LS和VS生长机制共同作用的结果.另外,氮化烧成时MgAl2O4/SiC反应界面层中会发生离子互扩散,可能生成少量堇青石,并且C4-、Al3+、Mg2+较O2-、Si4+具有更大的扩散速度.     

烧结法堇青石微晶玻璃的研制

实验利用廉价的工业原料氧化铝、滑石、粘土等,加入少量添加剂和晶核剂TiO2,采用粉末烧结法制备出了具有低的介电常数、低的热膨胀系数和高的抗折强度等优良性能的MgO-A l2O3-SiO2系堇青石微晶玻璃。样品最佳热处理制度为:核化780℃,保温2h,晶化990℃,保温2h,升温速率3℃/m in。样品析出主晶相为α-堇青石,伴有少量镁橄榄石(Mg2SiO4)、镁铝钛酸盐(MAT)和金红石(TiO2)次晶相。     

MgO-Al2O3-SiO2系高强度微晶玻璃的晶化行为与力学性能

通过DTA，XRD，SEM等技术，对以TiO2作为晶核利的堇青石基微晶玻璃的晶化过程和力学性能进行了研究。对晶化过程中晶体类型、热处理工艺与力学性能之间的关系作了讨论。结果表明：随温度升高，玻璃中依次析出镁铝钛酸盐、β-石英固溶体、假蓝宝石、尖晶石、α-堇青石、α-石英、方石英、顽辉石等晶体。材料力学性能取决于热处理工艺，经850℃，2h和1200℃，2h处理后，所制备的玻璃具有良好的力学性能，其弯曲强度可稳定在340MPa以上。     

用粉煤灰和菱镁矿低温制备堇青石质多孔材料

在粉煤灰中添加不同比例菱镁矿,于1 200、1 250℃和1 300℃烧成温度下制备出堇青石质多孔耐火材料。研究表明：菱镁矿在烧成过程中于700℃分解产生CO2,起到造孔剂和发泡剂的作用,分解生成的MgO将与粉煤灰中的Al2O3、SiO2反应生成堇青石;随着菱镁矿添加量的增加,粉煤灰中Al2O3和SiO2与MgO的反应更完全,主要生成堇青石和少量镁橄榄石;当菱镁矿添加量过多时,新生成的MgO与粉煤灰中SiO2反应,产生液相过多,造成部分气孔封闭,使得烧成后试样的显气孔率随菱镁矿添加量的增加呈先增加后减小的趋势。优化烧成工艺条件为1250℃并保温3h,当菱镁矿添加量为15%（质量分数）时,制备出显气孔率达48%、孔径为20～40μm、体积密度为1.27g/cm3、抗压强度为38MPa、抗折强度为29MPa的堇青石质多孔材料。     

非水解溶胶-凝胶法合成堇青石的反应过程研究

以自制乙醇铝,正硅酸乙酯和醋酸镁为前驱体,采用非水解溶胶-凝胶法合成堇青石,利用XRD、FT-IR和DTATG研究了醋酸镁的加入时机对堇青石合成的影响,前驱体的反应历程和凝胶加热过程中的相转变历程。结果表明:醋酸镁在铝、硅缩聚反应之后引入更利于合成堇青石;非水解溶胶-凝胶法合成堇青石的前驱体反应过程为:首先自制乙醇铝与正硅酸乙酯发生脱醚非水解缩聚反应形成含Al-O-Si键合的中间产物,然后醋酸镁进一步与之发生脱酯的非水解缩聚反应形成Mg-O-Al和Mg-O-Si键合。以醋酸镁为镁源非水解溶胶-凝胶法可在900℃形成μ-堇青石,μ-堇青石于1050℃转变为α-堇青石,并在1200℃制得α-堇青石纯相;由其制得陶瓷烧结体的热膨胀系数为1.329×10~(-6)/℃,具有良好的低膨胀特性。     

化学共沉淀法制备Mg0.3Al1.4Ti1.3O5复合粉体的反应过程

以TiCl4,MgCl2,AlCl3水溶液为原料,以氨水和碳酸氢铵为沉淀剂,利用化学共沉淀法,制备出了Mg0．3Al1．4Ti1．3O5复合粉体。对前驱体煅烧过程的热力学、动力学进行了研究,确定了合成Mg0．3Al1．4Ti1．3O5复合粉体的反应过程。结果表明：随着热处理温度的升高,前驱体中首先出现MgO和锐钛矿型TiO2反应得到的二钛酸镁(MgTi2O5),锐钛矿型TiO2,在650℃左右转化为金红石型TiO2。900℃左右MgTi2O5与α-Al2O3反应生成镁铝尖晶石MgAl2O4。温度超过1100℃,MgAl2O4进一步与α-Al2O3,金红石型TiO2反应,合成Mg0．3Al1．4Ti1．3O5复合粉体。