Spinel magnezowo-aluminiowy (MgAl2O, MgO·Al2Olub MA) ma doskonałe właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach, doskonałą odporność na zdzieranie i odporność na korozję. Jest to najbardziej typowa ceramika wysokotemperaturowa w układzie Al2O-MgO. Preferencyjny wzrost ziaren kryształu sześcioglinianu wapnia (CaAl12O19, CaO·6AlO lub CA6) wzdłuż płaszczyzny podstawowej powoduje, że kryształy te rozwijają się w morfologię płytek lub igieł, co może znacznie zwiększyć wytrzymałość materiału. Diglinian wapnia (CaAlO lub CaO·2Al203, CA2) ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Kiedy CAz jest łączony z innymi materiałami o wysokiej temperaturze topnienia i wysokim współczynniku rozszerzalności, może dobrze wytrzymać uszkodzenia spowodowane szokiem termicznym. Dlatego też kompozyty MA-CA cieszą się dużym zainteresowaniem jako nowy rodzaj wysokotemperaturowego materiału ceramicznego w przemyśle wysokotemperaturowym ze względu na wszechstronne właściwości CA6 i MA.
W niniejszej pracy przygotowano kompozyty ceramiczne MA, MA-CA2-CA i kompozyty ceramiczne MA-CA metodą spiekania w fazie stałej w wysokiej temperaturze oraz zbadano wpływ mineralizatorów na właściwości tych materiałów ceramicznych. Omówiono mechanizm wzmacniania mineralizatorów na właściwości użytkowe ceramiki i uzyskano następujące wyniki badań:
(1) Wyniki wykazały, że gęstość nasypowa i wytrzymałość na zginanie materiałów ceramicznych MA wzrastały stopniowo wraz ze wzrostem temperatury spiekania. Po spiekaniu w temperaturze 1600° przez 2 godziny wydajność spiekania ceramiki MA była słaba, przy gęstości nasypowej wynoszącej 3,17 g/cm3 i wartości wytrzymałości na zginanie wynoszącej 133. 31MPa. Wraz ze wzrostem dodatku mineralizatora Fez03 gęstość nasypowa materiałów ceramicznych MA stopniowo wzrastała, a wytrzymałość na zginanie najpierw wzrastała, a następnie malała. Gdy dodana ilość wynosiła 3% wag. %, wytrzymałość na zginanie osiągnęła maksimum 209,3 MPa.
(2) Wydajność i skład fazowy ceramiki MA-CA6 są powiązane z wielkością cząstek surowców CaCO i a-AlO, czystością a-Al2O3, temperaturą syntezy i czasem przetrzymywania. Wykorzystując jako surowce CaCO o małej wielkości cząstek i a-AlzO3 o wysokiej czystości, po spiekaniu w temperaturze 1600 ℃ i trzymaniu przez 2 godziny, zsyntetyzowana ceramika MA-CA6 ma dużą wytrzymałość na zginanie. Wielkość cząstek CaCO3 odgrywa ważną rolę w tworzeniu fazy CA oraz wzroście i rozwoju ziaren kryształów w materiałach ceramicznych MA-CA6. W wysokiej temperaturze domieszka Si w a-Alz0 utworzy przejściową fazę ciekłą, co powoduje, że morfologia ziaren CA6 ewoluuje od płytek do równoosiowych.
(3)Badano wpływ mineralizatorów ZnO i Mg(BO2)z na właściwości kompozytów MA-CA oraz mechanizm wzmacniania. Stwierdzono, że roztwór stały (Mg-Zn)AI2O4 oraz faza ciekła zawierająca bor utworzona przez mineralizatory ZnO i Mg(BO2)z powodują zmniejszenie wielkości ziaren MA i zwiększenie zawartości MA. Te gęste fazy są pokryte mikrokrystalicznymi cząsteczkami MA, tworząc regionalnie rozproszone gęste ciała, co prowadzi do przekształcenia ziaren CA6 w ziarna równoosiowe, sprzyjając w ten sposób zagęszczaniu materiałów ceramicznych MA-CA i poprawiając ich wytrzymałość na zginanie.
(4) Wykorzystując analitycznie czysty Al2O zamiast a-AlzO, zsyntetyzowano kompozyty ceramiczne MA-CA2-CA z analitycznie czystych surowców. Badano wpływ mineralizatorów SnO₂ i HBO na właściwości fizyko-mechaniczne, mikrostrukturę i skład fazowy kompozytów.
Wyniki pokazują, że po dodaniu mineralizatorów SnO2 i H2BO w materiale ceramicznym pojawia się roztwór stały oraz przejściowa faza ciekła zawierająca bor; odpowiednio powoduje zmianę fazy CA2 w fazę CA oraz przyspiesza powstawanie MA i CA6, poprawiając tym samym aktywność spiekania materiału ceramicznego. Gęsta faza utworzona przez nadmiar Ca powoduje, że wiązanie pomiędzy ziarnami MA i CA6 staje się szczelne, co poprawia właściwości mechaniczne materiałów ceramicznych
Czas publikacji: 29 sierpnia 2023 r