Вплив мінералізаторів на властивості цих керамічних матеріалів

Магнієво-алюмінієва шпінель (MgAl2O, MgO·Al2O або MA) має чудові високотемпературні механічні властивості, відмінну стійкість до відшаровування та стійкість до корозії. Це найбільш типова високотемпературна кераміка в системі Al2O-MgO. Переважний ріст кристалічних зерен гексаалюмінату кальцію (CaAl12O19, CaO·6AlO або CA6) вздовж базисної площини змушує його рости до морфології пластинок або голок, що може значно підвищити міцність матеріалу. Діалюмінат кальцію (CaAlO або CaO·2Al2O3, CA2) має низький коефіцієнт теплового розширення. Коли CAz змішується з іншими матеріалами з високою температурою плавлення та високим коефіцієнтом розширення, він може добре протистояти пошкодженню, спричиненому термічним ударом. Таким чином, композити MA-CA привернули велику увагу як новий тип високотемпературного керамічного матеріалу у високотемпературній промисловості через його комплексні властивості CA6 і MA.

У цій статті керамічні композити MA, MA-CA2-CA і керамічні композити MA-CA були виготовлені методом високотемпературного твердофазного спікання, а також досліджено вплив мінералізаторів на властивості цих керамічних матеріалів. Обговорено механізм зміцнення мінералізаторів на продуктивність кераміки та отримано наступні результати досліджень:
(1) Результати показали, що об’ємна щільність і міцність на вигин керамічних матеріалів MA поступово збільшувалися зі збільшенням температури спікання. Після спікання при 1600 протягом 2 годин ефективність спікання кераміки MA була поганою, з насипною щільністю 3,17 г/см3 і значенням міцності на вигин 133. 31 МПа. Зі збільшенням мінералізатора Fez03 об’ємна маса керамічних матеріалів МА поступово зростала, а міцність на вигин спочатку зростала, а потім знижувалася. Коли кількість додавання становила 3 ​​мас. %, міцність на вигин досягла максимуму 209,3 МПа.

(2) Продуктивність і фазовий склад кераміки MA-CA6 пов’язані з розміром частинок сировини CaCO та a-AlO, чистотою a-Al2O3, температурою синтезу та часом витримки. Використовуючи невеликий розмір частинок CaCO та високочистий a-AlzO3 як сировину, після спікання при 1600 ℃ і витримки протягом 2 годин, синтезована кераміка MA-CA6 має високу міцність на вигин. Розмір частинок CaCO3 відіграє важливу роль у формуванні фази CA, а також у зростанні та розвитку кристалічних зерен у керамічних матеріалах MA-CA6. При високій температурі домішка Si в a-Alz0 утворює тимчасову рідку фазу, що змушує морфологію зерен CA6 змінюватися від пластинчастої до рівновісної.

(3) Досліджено вплив мінералізаторів ZnO та Mg(BO2)z на властивості композитів МА-КА та механізм зміцнення. Встановлено, що твердий розчин (Mg-Zn)AI2O4 і борвмісна рідка фаза, утворена мінералізаторами ZnO і Mg(BO2)z, зменшують розмір зерен МА і збільшують вміст МА. Ці щільні фази покриті мікрокристалічними частинками MA для формування регіональних диспергованих щільних тіл, що призводить до трансформації зерен CA6 у рівновісні зерна, таким чином сприяючи ущільненню керамічних матеріалів MA-CA та покращенню їх міцності на вигин.

(4) Використовуючи аналітично чистий Al2O замість a-AlzO, керамічні композити MA-CA2-CA були синтезовані з аналітично чистої сировини. Досліджено вплив мінералізаторів SnO₂ та HBO на фізико-механічні властивості, мікроструктуру та фазовий склад композитів.

Результати показують, що після додавання мінералізаторів SnO2 і H2BO в керамічному матеріалі з’являються твердий розчин і перехідна рідка фаза, що містить бор; відповідно, це змінює фазу CA2 на фазу CA і прискорює утворення MA і CA6, таким чином покращуючи активність спікання керамічного матеріалу. Щільна фаза, утворена надлишком Ca, робить міцним зв’язок між зернами MA і CA6, що покращує механічні властивості керамічних матеріалів.