L'influence des minéralisateurs sur les propriétés de ces matériaux céramiques

Le spinelle de magnésium et d'aluminium (MgAl2O, MgO·Al2Oor MA) possède des propriétés mécaniques supérieures à haute température, une excellente résistance au pelage et à la corrosion. Il s’agit de la céramique haute température la plus typique du système Al2O-MgO. La croissance préférentielle des grains cristallins d'hexaaluminate de calcium (CaAl12O19, CaO·6AlO ou CA6) le long du plan basal les fait croître en morphologie de plaquettes ou d'aiguilles, ce qui peut grandement améliorer la ténacité du matériau. Le dialuminate de calcium (CaAlO ou CaO·2Al203, CA2) a un faible coefficient de dilatation thermique. Lorsque le CAz est mélangé à d’autres matériaux ayant un point de fusion élevé et un coefficient de dilatation élevé, il peut bien résister aux dommages causés par le choc thermique. Par conséquent, les composites MA-CA ont reçu une grande attention en tant que nouveau type de matériau céramique haute température dans l'industrie des hautes températures en raison de leurs propriétés complètes de CA6 et MA.

Dans cet article, la céramique MA, les composites céramiques MA-CA2-CA et les composites céramiques MA-CA ont été préparés par frittage en phase solide à haute température, et l'influence des minéralisateurs sur les propriétés de ces matériaux céramiques a été étudiée. Le mécanisme de renforcement des minéralisateurs sur les performances des céramiques a été discuté et les résultats de recherche suivants ont été obtenus :
(1) Les résultats ont montré que la densité apparente et la résistance à la flexion des matériaux céramiques MA augmentaient progressivement avec l'augmentation de la température de frittage. Après frittage à 1600 pendant 2 heures, les performances de frittage de la céramique MA étaient médiocres, avec une densité apparente de 3,17 g/cm3 et une valeur de résistance à la flexion de 133. 31MPa. Avec l'augmentation du minéralisant Fez03, la densité apparente des matériaux céramiques MA a augmenté progressivement et la résistance à la flexion a d'abord augmenté puis diminué. Lorsque la quantité ajoutée était de 3wt. %, la résistance à la flexion a atteint le maximum de 209, 3MPa.

(2) Les performances et la composition des phases de la céramique MA-CA6 sont liées à la taille des particules des matières premières CaCO et a-AlO, à la pureté de l'a-Al2O3, à la température de synthèse et au temps de maintien. En utilisant du CaCO de petite taille et de l'a-AlzO3 de haute pureté comme matières premières, après frittage à 1 600 ℃ et maintien pendant 2 h, la céramique MA-CA6 synthétisée présente une grande résistance à la flexion. La taille des particules de CaCO3 joue un rôle important dans la formation de la phase CA ainsi que dans la croissance et le développement des grains cristallins dans les matériaux céramiques MA-CA6. A haute température, l'impureté Si dans a-Alz0 va former une phase liquide transitoire, ce qui fait évoluer la morphologie des grains de CA6 de plaquettaire à équiaxe.

(3) L'effet des minéralisateurs ZnO et Mg(BO2)z sur les propriétés des composites MA-CA et le mécanisme de renforcement ont été étudiés. Il a été constaté que la solution solide de (Mg-Zn)AI2O4 et la phase liquide contenant du bore formée par les minéralisateurs ZnO et Mg(BO2)z réduisent la taille des grains de MA et augmentent la teneur en MA. Ces phases denses sont recouvertes de particules microcristallines de MA pour former des corps denses dispersés régionaux, ce qui conduit à la transformation des grains CA6 en grains équiaxes, favorisant ainsi la densification des matériaux céramiques MA-CA et améliorant leur résistance à la flexion.

(4) En utilisant de l'Al2O analytiquement pur au lieu de l'a-AlzO, des composites céramiques MA-CA2-CA ont été synthétisés à partir de matières premières analytiquement pures. Les effets des minéralisateurs SnO₂ et HBO sur les propriétés physiques et mécaniques, la microstructure et la composition des phases des composites ont été étudiés.

Les résultats montrent qu'une solution solide et une phase liquide transitoire contenant du bore apparaissent dans le matériau céramique après l'ajout des minéralisants SnO2 et H2BO ; respectivement, cela fait changer la phase CA2 en phase CA et accélère la formation de MA et CA6, améliorant ainsi l'activité de frittage du matériau céramique. La phase dense formée par l'excès de Ca rend la liaison entre les grains MA et CA6 serrée, ce qui améliore les propriétés mécaniques des matériaux céramiques.