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钛酸铝耐火材料加入镁铝尖晶石对其结构与性能的影响

2020-06-02

镁铝尖晶石对钛酸铝耐火材料组成、结构及性能的影响,由耐火材料厂家整合分享。

1.镁铝尖晶石对合成钛酸铝材料相组成的影响:

试验通过对比分析经1400℃、1450℃和1500℃烧后,添加剂镁铝尖晶石对钛酸铝耐火材料试样相组成的影响。发现经1400℃烧后各试样中矿物相包括钛酸铝、锐钛矿和镁铝尖晶石,随配方中镁铝尖晶石加入量增大,烧后试样已经开始出现了明显的镁铝尖晶石衍射峰。经1450℃烧后试样与1400℃烧后各试样矿物组成几乎相同,烧后试样开始出现镁铝尖晶石衍射峰。经1500℃烧后各试样矿物组成中没有发现镁铝尖晶石相,但是随着配方中镁铝尖晶石加入量增大,主晶相钛酸铝衍射峰强度逐渐减弱。

2.镁铝尖晶石对合成钛酸铝材料主晶相晶格常数的影响:

通过对比分析1400℃烧后及1450℃和1500℃烧后试样中主晶相钛酸铝的晶格常数表,合成材料钛酸铝属正交晶系,对比经1400℃烧后试样中钛酸铝晶格常数大小关系,晶格常数随着试样中镁铝尖晶石加入量增大而减小;对比试样经1400℃、1450℃和1500℃烧后试样中主晶相钛酸铝晶格常数的变化趋势,随着煅烧温度升高,晶格常数逐渐减小。

分析认为,烧后试样中主晶相钛酸铝晶格常数变化与镁铝尖晶石的置换固溶作用有关。升高煅烧温度会加快钛酸铝耐火材料中Mg2+、Ti4+的离子交换速度,促进缺陷反应的进行,缺陷反应的产物生成将逐渐减弱钛酸铝晶相的晶体特征。

3.镁铝尖晶石对合成钛酸铝材料显微结构的影响:

经1500℃烧后试样断口的显微结构图,结合以上矿物组成及缺陷反应分析,镁铝尖晶石在系统配方中的引入,致使烧后试样中钛酸铝相的晶体结构发生了一定程度的畸变,晶格畸变所造成的晶格能增加,在一定程度上促进了原位反应合成钛酸铝,提高了钛酸铝材料的合成率。

从1500℃烧后试样的SEM图可以看出,钛酸铝相的晶体结构已经形成,但组织结构中分布着不均匀的微小裂纹。随着镁铝尖晶石加入量增加,试样中结构致密性有所增强,钛酸铝相晶粒明显长大,结构中裂纹数量减少,玻璃相数量有所增加,主要集中在钛酸铝晶界位置。分析认为钛酸铝配方中引入镁铝尖晶石,促进了高温状态下原位反应中固/液间的离子交换,高温液相数量逐渐增多,主晶相钛酸铝的晶粒长大,结构致密性增强。常温玻璃相数量的增大也一定程度地削弱了合成钛酸铝材料的晶体特征。添加剂镁铝尖晶石中Mg2+已经固溶到钛酸铝晶体中,因此,在1500℃烧后试样的XRD图谱中未发现镁铝尖晶石。

4.镁铝尖晶石对合成钛酸铝材料烧结性能的影响:

合成钛酸铝耐火材料试样经1400℃、1450℃和1500℃烧后的体积密度和显气孔率随镁铝尖晶石加入量和煅烧温度的变化趋势,可以看出提高煅烧温度以及加大镁铝尖晶石引入量可以促进钛酸铝材料的烧结,增大合成钛酸铝材料致密度。添加剂镁铝尖晶石中Mg2+对合成钛酸铝材料中Ti4+的置换作用所造成的结构畸变,加速了合成钛酸铝材料中离子的交换速度。由于煅烧温度升高,所产生的热缺陷也促进了钛酸铝材料的烧结行为。

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