השפעת מינרלים על המאפיינים של חומרים קרמיים אלה

מגנזיום אלומיניום ספינל (MgAl2O, MgO·Al2Oor MA) בעל תכונות מכניות מעולות בטמפרטורה גבוהה, עמידות מצוינת לקילוף ועמידות בפני קורוזיה. זוהי הקרמיקה הטיפוסית ביותר בטמפרטורה גבוהה במערכת Al2O-MgO. הגידול המועדף של גרגרי קריסטל סידן הקסאלומינאט (CaAl12O19, CaO·6AlO או CA6) לאורך המישור הבסיסי גורם לו לגדול למורפולוגיה של טסיות או מחטים, מה שיכול לשפר מאוד את הקשיחות של החומר. לסידן דיאלמינאט (CaAlO או CaO·2Al203, CA2) יש מקדם התפשטות תרמית נמוך. כאשר CAz מורכב עם חומרים אחרים בעלי נקודת התכה גבוהה ומקדם התפשטות גבוה, הוא יכול להתנגד לנזק שנגרם על ידי הלם תרמי. לכן, חומרים מרוכבים של MA-CA זכו לתשומת לב רבה כסוג חדש של חומר קרמי בטמפרטורה גבוהה בתעשיית הטמפרטורה הגבוהה, בגלל התכונות המקיפות שלו של CA6 ו-MA.

במאמר זה הוכנו חומרים מרוכבים קרמיים MA-CA2-CA וחומרים מרוכבים קרמיים MA-CA על ידי סינטר שלב מוצק בטמפרטורה גבוהה, ונבדקה ההשפעה של מינרליזטורים על התכונות של חומרים קרמיים אלה. נדון מנגנון החיזוק של מינרליזטורים על הביצועים של קרמיקה, והתקבלו תוצאות המחקר הבאות:
(1) התוצאות הראו שצפיפות התפזורת וחוזק הכיפוף של חומרים קרמיים MA גדלו בהדרגה עם העלייה בטמפרטורת הסינטר. לאחר סינטרה ב-1600 במשך 2 שעות, ביצועי הסינטר של קרמיקה MA היו גרועים, עם צפיפות נפח של 3. 17g/cm3 וערך חוזק כיפוף של 133. 31MPa. עם העלייה של המינרליזטור Fez03, צפיפות התפזורת של חומרים קרמיים MA גדלה בהדרגה, וחוזק הכיפוף גדל תחילה ואז ירד. כאשר כמות התוספת הייתה 3wt. %, חוזק הכיפוף הגיע למקסימום 209. 3MPa.

(2) הביצועים והרכב הפאזות של קרמיקה MA-CA6 קשורים לגודל החלקיקים של חומרי הגלם CaCO ו-a-AlO, הטוהר של a-Al2O3, טמפרטורת הסינתזה וזמן ההחזקה. שימוש ב-CaCO בגודל חלקיקים קטן ובטוהר גבוה a-AlzO3 כחומרי גלם, לאחר סינון ב-1600℃ והחזקה למשך שעתיים, לקרמיקה המסונתזת MA-CA6 יש חוזק כיפוף גדול. גודל החלקיקים של CaCO3 ממלא תפקיד חשוב ביצירת שלב CA ובצמיחה ופיתוח של גרגרי גביש בחומרים קרמיים MA-CA6. בטמפרטורה גבוהה, הטומאה Si ב-a-Alz0 תיצור שלב נוזלי חולף, מה שגורם למורפולוגיה של גרגרי CA6 להתפתח מטסיות דם לשוות-צירים.

(3) נחקרה השפעת המינרלים ZnO ו-Mg(BO2)z על המאפיינים של חומרים מרוכבים MA-CA ומנגנון החיזוק. נמצא שתמיסת (Mg-Zn)AI2O4 מוצקה ושלב נוזלי המכיל בורון שנוצרו על ידי המינרלים ZnO ו-Mg(BO2)z הופכים את גודל הגרגיר של MA לקטן יותר ותכולת MA עולה. שלבים צפופים אלו מצופים בחלקיקי MA מיקרו-גבישיים ליצירת גופים צפופים מפוזרים אזוריים, מה שמוביל להפיכת גרגרי CA6 לגרגרים שוות-צירים, ובכך מקדם את הצפיפות של חומרים קרמיים MA-CA ומשפר את חוזק הכיפוף שלו.

(4) על ידי שימוש ב-Al2O טהור אנליטית במקום a-AlzO, מרוכבים קרמיים MA-CA2-CA סונתזו מחומרי גלם טהורים אנליטית. נחקרו ההשפעות של המינרלים SnO₂ ו- HBO על התכונות הפיזיקליות והמכניות, המיקרו-מבנה והרכב הפאזה של החומרים המרוכבים.

התוצאות מראות שתמיסה מוצקה ושלב נוזלי חולף המכיל בורון מופיעים בחומר הקרמי לאחר הוספת המינרלים SnO2 ו- H2BO; בהתאמה, הוא גורם לשלב CA2 לשנות לשלב CA ומאיץ את היווצרותם של MA ו-CA6, ובכך משפר את פעילות הסינטרינג של החומר הקרמי. השלב הצפוף שנוצר על ידי עודף Ca הופך את הקשר בין גרגרי MA ו-CA6 להדוק, מה שמשפר את התכונות המכניות של חומרים קרמיים