Το σπινέλιο αλουμινίου μαγνησίου (MgAl2O, MgO·Al2Oor MA) έχει ανώτερες μηχανικές ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας, εξαιρετική αντοχή στο ξεφλούδισμα και αντοχή στη διάβρωση. Είναι το πιο τυπικό κεραμικό υψηλής θερμοκρασίας στο σύστημα Al2O-MgO. Η προνομιακή ανάπτυξη των κρυσταλλικών κόκκων εξααργιλικού ασβεστίου (CaAl12O19, CaO·6AlO ή CA6) κατά μήκος του βασικού επιπέδου το κάνει να εξελιχθεί σε μορφολογία αιμοπεταλίων ή βελόνας, η οποία μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την σκληρότητα του υλικού. Το διαλουμινικό ασβέστιο (CaAlO ή CaO·2Al203, CA2) έχει χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Όταν το CAz συνδυάζεται με άλλα υλικά με υψηλό σημείο τήξης και υψηλό συντελεστή διαστολής, μπορεί κάλλιστα να αντισταθεί σε ζημιές που προκαλούνται από θερμικό σοκ. Ως εκ τούτου, τα σύνθετα υλικά MA-CA έχουν λάβει μεγάλη προσοχή ως νέος τύπος κεραμικού υλικού υψηλής θερμοκρασίας στη βιομηχανία υψηλής θερμοκρασίας λόγω των περιεκτικών ιδιοτήτων του CA6 και MA.
Σε αυτή την εργασία, τα κεραμικά ΜΑ, τα κεραμικά σύνθετα MA-CA2-CA και τα κεραμικά σύνθετα MA-CA παρασκευάστηκαν με πυροσυσσωμάτωση σε στερεά φάση υψηλής θερμοκρασίας και μελετήθηκε η επίδραση των ορυκτών στις ιδιότητες αυτών των κεραμικών υλικών. Συζητήθηκε ο μηχανισμός ενίσχυσης των ορυκτοποιητών στην απόδοση των κεραμικών και προέκυψαν τα ακόλουθα ερευνητικά αποτελέσματα:
(1) Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η χύδην πυκνότητα και η αντοχή σε κάμψη των κεραμικών υλικών ΜΑ αυξήθηκαν σταδιακά με την αύξηση της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης. Μετά από πυροσυσσωμάτωση στους 1600 για 2 ώρες, η απόδοση πυροσυσσωμάτωσης του κεραμικού ΜΑ ήταν κακή, με χύδην πυκνότητα 3. 17 g/cm3 και τιμή αντοχής σε κάμψη 133. 31 MPa. Με την αύξηση του μεταλλοποιητή Fez03, η χύδην πυκνότητα των κεραμικών υλικών ΜΑ αυξήθηκε σταδιακά και η αντοχή σε κάμψη πρώτα αυξήθηκε και στη συνέχεια μειώθηκε. Όταν η ποσότητα προσθήκης ήταν 3 wt. %, η αντοχή σε κάμψη έφτασε στο μέγιστο 209. 3MPa.
(2) Η απόδοση και η σύνθεση φάσης του κεραμικού MA-CA6 σχετίζονται με το μέγεθος των σωματιδίων των πρώτων υλών CaCO και a-AlO, την καθαρότητα του a-Al2O3, τη θερμοκρασία σύνθεσης και τον χρόνο διατήρησης. Χρησιμοποιώντας μικρό μέγεθος σωματιδίων CaCO και υψηλής καθαρότητας a-AlzO3 ως πρώτες ύλες, μετά από πυροσυσσωμάτωση στους 1600℃ και διατήρηση για 2 ώρες, το συντιθέμενο κεραμικό MA-CA6 έχει μεγάλη αντοχή σε κάμψη. Το μέγεθος των σωματιδίων του CaCO3 παίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό της φάσης CA και στην ανάπτυξη και ανάπτυξη κρυσταλλικών κόκκων σε κεραμικά υλικά MA-CA6. Σε υψηλή θερμοκρασία, η ακαθαρσία Si στο a-Alz0 θα σχηματίσει μια παροδική υγρή φάση, η οποία κάνει τη μορφολογία των κόκκων CA6 να εξελίσσεται από αιμοπετάλια σε εξισορροπημένη.
(3) Διερευνήθηκε η επίδραση των μεταλλοποιητών ZnO και Mg(BO2)z στις ιδιότητες των σύνθετων υλικών MA-CA και στον μηχανισμό ενίσχυσης. Διαπιστώθηκε ότι το στερεό διάλυμα (Mg-Zn)AI2O4 και η υγρή φάση που περιέχει βόριο που σχηματίζεται από τους μεταλλοποιητές ZnO και Mg(BO2)z καθιστούν το μέγεθος των κόκκων του ΜΑ μικρότερο και την περιεκτικότητα σε ΜΑ αυξημένη. Αυτές οι πυκνές φάσεις επικαλύπτονται με μικροκρυσταλλικά σωματίδια ΜΑ για να σχηματίσουν τοπικά διεσπαρμένα πυκνά σώματα, τα οποία οδηγούν στη μετατροπή των κόκκων CA6 σε ισοαξονικούς κόκκους, προάγοντας έτσι την πύκνωση των κεραμικών υλικών MA-CA και βελτιώνοντας την αντοχή τους στην κάμψη.
(4) Με τη χρήση αναλυτικά καθαρού Al2O αντί του a-AlzO, συντέθηκαν κεραμικά σύνθετα MA-CA2-CA από αναλυτικά καθαρές πρώτες ύλες. Μελετήθηκαν οι επιδράσεις των μεταλλοποιητών SnO2 και HBO στις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες, τη μικροδομή και τη σύσταση φάσης των σύνθετων υλικών.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι στερεό διάλυμα και παροδική υγρή φάση που περιέχει βόριο εμφανίζονται στο κεραμικό υλικό μετά την προσθήκη ορυκτοποιητών SnO2 και H2BO. Αντιστοίχως, κάνει την αλλαγή φάσης CA2 σε φάση CA και επιταχύνει τον σχηματισμό MA και CA6, βελτιώνοντας έτσι τη δραστηριότητα πυροσυσσωμάτωσης του κεραμικού υλικού. Η πυκνή φάση που σχηματίζεται από την περίσσεια Ca κάνει τον δεσμό μεταξύ των κόκκων MA και CA6, γεγονός που βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες των κεραμικών υλικών
Ώρα δημοσίευσης: Αυγ-29-2023