Magnesium-Aluminium-Spinell (MgAl2O, MgO·Al2O oder MA) verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen, ausgezeichnete Schälfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.Es ist die typischste Hochtemperaturkeramik im Al2O-MgO-System.Das bevorzugte Wachstum von Calciumhexaaluminat-Kristallkörnern (CaAl12O19, CaO·6AlO oder CA6) entlang der Basisebene lässt es zu einer Plättchen- oder Nadelmorphologie wachsen, was die Zähigkeit des Materials erheblich verbessern kann.Calciumdialuminat (CaAlO oder CaO·2Al203, CA2) hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.Wenn CAz mit anderen Materialien mit hohem Schmelzpunkt und hohem Ausdehnungskoeffizienten vermischt wird, kann es Schäden durch Thermoschock gut widerstehen.Daher haben MA-CA-Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer umfassenden Eigenschaften von CA6 und MA große Aufmerksamkeit als neue Art von Hochtemperatur-Keramikmaterial in der Hochtemperaturindustrie erhalten.
In dieser Arbeit wurden MA-Keramik, MA-CA2-CA-Keramikverbundwerkstoffe und MA-CA-Keramikverbundwerkstoffe durch Hochtemperatur-Festphasensintern hergestellt und der Einfluss von Mineralisatoren auf die Eigenschaften dieser Keramikmaterialien untersucht.Der verstärkende Mechanismus von Mineralisatoren auf die Leistung von Keramik wurde diskutiert und die folgenden Forschungsergebnisse wurden erzielt:
(1) Die Ergebnisse zeigten, dass die Schüttdichte und Biegefestigkeit von MA-Keramikmaterialien mit zunehmender Sintertemperatur allmählich zunahmen.Nach dem Sintern bei 1600 für 2 Stunden war die Sinterleistung der MA-Keramik schlecht, mit einer Schüttdichte von 3,17 g/cm3 und einem Biegefestigkeitswert von 133.31 MPa.Mit der Zunahme des Mineralisators Fez03 nahm die Schüttdichte der MA-Keramikmaterialien allmählich zu und die Biegefestigkeit nahm zunächst zu und dann ab.Bei einer Zugabemenge von 3 Gew.-%%, die Biegefestigkeit erreichte das Maximum von 209,3 MPa.
(2) Die Leistung und Phasenzusammensetzung von MA-CA6-Keramik hängen von der Partikelgröße der CaCO- und a-AlO-Rohstoffe, der Reinheit von a-Al2O3, der Synthesetemperatur und der Haltezeit ab.Unter Verwendung von CaCO mit kleiner Partikelgröße und hochreinem a-AlzO3 als Rohmaterialien weist die synthetisierte MA-CA6-Keramik nach dem Sintern bei 1600 °C und 2-stündigem Halten eine hohe Biegefestigkeit auf.Die Partikelgröße von CaCO3 spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung der CA-Phase sowie dem Wachstum und der Entwicklung von Kristallkörnern in MA-CA6-Keramikmaterialien.Bei hoher Temperatur bildet die Verunreinigung Si in a-Alz0 eine vorübergehende flüssige Phase, wodurch sich die Morphologie der CA6-Körner von plättchenförmig zu gleichachsig entwickelt.
(3) Die Wirkung der Mineralisatoren ZnO und Mg(BO2)z auf die Eigenschaften von MA-CA-Verbundwerkstoffen und den Verstärkungsmechanismus wurde untersucht.Es wurde festgestellt, dass die feste Lösung (Mg-Zn)AI2O4 und die borhaltige flüssige Phase, die durch die Mineralisatoren ZnO und Mg(BO2)z gebildet wird, die Korngröße von MA verkleinern und den Gehalt an MA erhöhen.Diese dichten Phasen werden mit mikrokristallinen MA-Partikeln beschichtet, um regional verteilte dichte Körper zu bilden, was zur Umwandlung von CA6-Körnern in gleichachsige Körner führt, wodurch die Verdichtung von MA-CA-Keramikmaterialien gefördert und ihre Biegefestigkeit verbessert wird.
(4) Durch die Verwendung von analytisch reinem Al2O anstelle von a-AlzO wurden MA-CA2-CA-Keramikverbundwerkstoffe aus analytisch reinen Rohstoffen synthetisiert.Die Auswirkungen der Mineralisatoren SnO₂ und HBO auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die Mikrostruktur und die Phasenzusammensetzung der Verbundwerkstoffe wurden untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass nach Zugabe der Mineralisatoren SnO2 und H2BO im Keramikmaterial eine feste Lösung und eine borhaltige vorübergehende flüssige Phase auftreten;Es bewirkt jeweils den Übergang der CA2-Phase zur CA-Phase und beschleunigt die Bildung von MA und CA6, wodurch die Sinteraktivität des Keramikmaterials verbessert wird.Die durch den Überschuss an Ca gebildete dichte Phase sorgt für eine feste Bindung zwischen MA- und CA6-Körnern, was die mechanischen Eigenschaften keramischer Materialien verbessert
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. August 2023