Utjecaj mineralizatora na svojstva ovih keramičkih materijala

Magnezijum aluminijum spinel (MgAl2O, MgO·Al2O ili MA) ima superiorna mehanička svojstva na visokim temperaturama, odličnu otpornost na ljuštenje i otpornost na koroziju. To je najtipičnija visokotemperaturna keramika u sistemu Al2O-MgO. Preferencijalni rast kristalnih zrnaca kalcijum heksaaluminata (CaAl12O19, CaO·6AlO ili CA6) duž bazalne ravni čini da preraste u morfologiju trombocita ili igle, što može značajno povećati žilavost materijala. Kalcijum dijaluminat (CaAlO ili CaO·2Al203, CA2) ima nizak koeficijent termičkog širenja. Kada se CAz kombinuje sa drugim materijalima sa visokom tačkom topljenja i visokim koeficijentom ekspanzije, može dobro da se odupre oštećenjima izazvanim termičkim udarom. Stoga su MA-CA kompoziti dobili veliku pažnju kao nova vrsta visokotemperaturnog keramičkog materijala u industriji visokih temperatura zbog svojih sveobuhvatnih svojstava CA6 i MA.

U ovom radu su MA keramika, MA-CA2-CA keramički kompoziti i MA-CA keramički kompoziti pripremljeni visokotemperaturnim čvrstofaznim sinterovanjem, a proučavan je uticaj mineralizatora na svojstva ovih keramičkih materijala. Razgovarano je o mehanizmu jačanja mineralizatora na performanse keramike i dobijeni su sljedeći rezultati istraživanja:
(1) Rezultati su pokazali da se nasipna gustina i čvrstoća na savijanje MA keramičkih materijala postepeno povećavaju s povećanjem temperature sinteriranja. Nakon sinteriranja na 1600 u trajanju od 2h, učinak sinteriranja MA keramike bio je loš, sa zapreminskom gustinom od 3,17 g/cm3 i vrijednošću čvrstoće na savijanje od 133. 31MPa. Sa povećanjem mineralizatora Fez03, nasipna gustoća MA keramičkih materijala postupno se povećavala, a čvrstoća na savijanje se prvo povećavala, a zatim smanjivala. Kada je količina dodatka bila 3 tež. %, čvrstoća na savijanje dostigla je maksimalnih 209,3MPa.

(2) Performanse i fazni sastav MA-CA6 keramike su povezani sa veličinom čestica CaCO i a-AlO sirovina, čistoćom a-Al2O3, temperaturom sinteze i vremenom držanja. Koristeći CaCO male veličine čestica i a-AlzO3 visoke čistoće kao sirovine, nakon sinterovanja na 1600℃ i držanja 2 sata, sintetizirana MA-CA6 keramika ima veliku čvrstoću na savijanje. Veličina čestica CaCO3 igra važnu ulogu u formiranju CA faze i rastu i razvoju kristalnih zrna u MA-CA6 keramičkim materijalima. Na visokoj temperaturi, nečistoća Si u a-Alz0 će formirati prolaznu tečnu fazu, zbog čega morfologija CA6 zrna evoluira od trombocita do ravnoosnih.

(3) Istraživan je učinak mineralizatora ZnO i Mg(BO2)z na svojstva MA-CA kompozita i mehanizam ojačanja. Utvrđeno je da čvrsti rastvor (Mg-Zn)AI2O4 i tečna faza koja sadrži bor formirana od mineralizatora ZnO i Mg(BO2)z smanjuje veličinu zrna MA i povećava sadržaj MA. Ove guste faze su obložene mikrokristalnim MA česticama kako bi se formirala regionalna dispergirana gusta tijela, što dovodi do transformacije CA6 zrna u zrna jednakog osa, čime se promoviše zgušnjavanje MA-CA keramičkih materijala i poboljšava njegova čvrstoća na savijanje.

(4) Korištenjem analitički čistog Al2O umjesto a-AlzO, sintetizirani su keramički kompoziti MA-CA2-CA iz analitički čistih sirovina. Proučavani su efekti mineralizatora SnO₂ i HBO na fizička i mehanička svojstva, mikrostrukturu i fazni sastav kompozita.

Rezultati pokazuju da se čvrsti rastvor i prolazna tečna faza koja sadrži bor pojavljuju u keramičkom materijalu nakon dodavanja mineralizatora SnO2 i H2BO ; respektivno, dovodi do promjene CA2 faze u CA fazu i ubrzava stvaranje MA i CA6, čime se poboljšava aktivnost sinteriranja keramičkog materijala. Gusta faza formirana od viška Ca čini vezu između zrna MA i CA6 čvrstom, što poboljšava mehanička svojstva keramičkih materijala