Magnezijev aluminijev spinel (MgAl2O, MgO·Al2O ali MA) ima vrhunske visokotemperaturne mehanske lastnosti, odlično odpornost na luščenje in odpornost proti koroziji. Je najbolj značilna visokotemperaturna keramika v sistemu Al2O-MgO. Prednostna rast kristalnih zrn kalcijevega heksaaluminata (CaAl12O19, CaO·6AlO ali CA6) vzdolž bazalne ravnine povzroči, da zrastejo v trombocitno ali iglično morfologijo, kar lahko močno poveča žilavost materiala. Kalcijev dialuminat (CaAlO ali CaO·2Al203, CA2) ima nizek koeficient toplotnega raztezanja. Ko je CAz spojen z drugimi materiali z visokim tališčem in visokim koeficientom raztezanja, se lahko dobro upre poškodbam, ki jih povzroči toplotni šok. Zato so kompoziti MA-CA prejeli veliko pozornosti kot nova vrsta visokotemperaturnega keramičnega materiala v visokotemperaturni industriji zaradi svojih celovitih lastnosti CA6 in MA.
V tem prispevku smo z visokotemperaturnim sintranjem v trdni fazi pripravili keramične kompozite MA, MA-CA2-CA in keramične kompozite MA-CA ter proučevali vpliv mineralizatorjev na lastnosti teh keramičnih materialov. Obravnavan je bil mehanizem krepitve mineralizatorjev na učinkovitost keramike in pridobljeni so bili naslednji rezultati raziskav:
(1) Rezultati so pokazali, da se nasipna gostota in upogibna trdnost keramičnih materialov MA postopoma povečujeta s povišanjem temperature sintranja. Po sintranju pri 1600 za 2 uri je bila učinkovitost sintranja keramike MA slaba, z nasipno gostoto 3,17 g/cm3 in vrednostjo upogibne trdnosti 133. 31MPa. S povečevanjem mineralizatorja Fez03 se je nasipna gostota keramičnih materialov MA postopoma povečevala, upogibna trdnost pa je najprej naraščala, nato pa padala. Ko je bila količina dodatka 3 mas. %, upogibna trdnost je dosegla največ 209. 3MPa.
(2) Učinkovitost in fazna sestava keramike MA-CA6 sta povezana z velikostjo delcev surovin CaCO in a-AlO, čistostjo a-Al2O3, temperaturo sinteze in časom zadrževanja. Z uporabo majhnih delcev CaCO in a-AlzO3 visoke čistosti kot surovin ima sintetizirana keramika MA-CA6 veliko upogibno trdnost po sintranju pri 1600 ℃ in držanju 2 uri. Velikost delcev CaCO3 ima pomembno vlogo pri nastanku CA faze ter rasti in razvoju kristalnih zrn v keramičnih materialih MA-CA6. Pri visoki temperaturi bo nečistoča Si v a-Alz0 tvorila prehodno tekočo fazo, zaradi česar se morfologija zrn CA6 razvije od trombocitne do enakoosne.
(3) Raziskali smo vpliv mineralizatorjev ZnO in Mg(BO2)z na lastnosti kompozitov MA-CA in mehanizem utrjevanja. Ugotovljeno je bilo, da trdna raztopina (Mg-Zn)AI2O4 in tekoča faza, ki vsebuje bor, ki jo tvorita mineralizatorja ZnO in Mg(BO2)z, zmanjšata velikost zrn MA in povečata vsebnost MA. Te goste faze so prevlečene z mikrokristalnimi delci MA, da tvorijo regionalna razpršena gosta telesa, kar vodi do transformacije zrn CA6 v enakoosna zrna, s čimer spodbuja zgoščevanje keramičnih materialov MA-CA in izboljša njihovo upogibno trdnost.
(4) Z uporabo analitsko čistega Al2O namesto a-AlzO so bili iz analitsko čistih surovin sintetizirani keramični kompoziti MA-CA2-CA. Proučevali smo vpliv mineralizatorjev SnO₂ in HBO na fizikalne in mehanske lastnosti, mikrostrukturo in fazno sestavo kompozitov.
Rezultati kažejo, da se po dodatku mineralizatorjev SnO2 in H2BO v keramičnem materialu pojavi trdna raztopina in prehodna tekoča faza, ki vsebuje bor; spremeni fazo CA2 v fazo CA in pospeši tvorbo MA in CA6, s čimer se izboljša aktivnost sintranja keramičnega materiala. Gosta faza, ki jo tvori presežek Ca, naredi vez med MA in CA6 zrni tesno, kar izboljša mehanske lastnosti keramičnih materialov.
Čas objave: 29. avgusta 2023