镁橄榄石合成及应用研究

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1、分类号UDC作者姓名指导教师申请学位级别学科专业名称论文提交日期学位授予日期评阅人密级学位论文镁橄榄石合成及应用研究隆重王量塑煎援(丕墨E太堂挝挝墨迨全堂随)擅±学科类别王堂钢铁冶金至Q!垒生坌旦论文答辩日期答辩委员会主席东北大学2014年12月2鱼!垒生12旦鲰宝丝ADissertationinFerrousMetallurgy．ResearchonthesynthesisofforsteriteanditsapplicationbyChenYongSupervisor：ProfessorYuJingkunNortheasternUniversi

2、tyDecember2014独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：乒，v学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数

3、据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。)学位论文作者虢H勃签字日期：乒川It,、⋯y>阜01．1■’’)V导师签名：签字日期：勿幻、，吁参)、／，，^jrl黧东北大学博士学位论文摘要镁橄榄石合成及应用研究摘要由于镁橄榄石具有熔点高、化学稳定性好、热传导率低以及抗熔融金属侵蚀性能好等优点，而被广泛应用于冶金、热工以及铸造行业。我国镁橄榄石原料资源丰富，利用其合成和制造性能优良、价格低廉的镁质原材料对于高效利用我国的矿产资源，扩大其在相关领域的应用具有重要意义。本文结合目前镁橄榄石研究及应用过程中存在的问题开展相

4、关基础和应用研究。利用热力学对镁橄榄石合成中所涉及的物相体系进行分析，通过实验研究镁橄榄石的合成过程、反应机理及反应动力学，分析添加剂对于镁橄榄石生成和烧结过程的影响，考察以镁橄榄石为原料制备的中间包干式料的性能。获得的主要结论如下：(1)在MgO—Si02一Ti02三元体系内，化合物的吉布斯标准生成自由能顺序为：MgTi03>MgSi03>MgTi20s>M92Si04>M92Ti04；在MgO—Si02-Y203三元体系内，MgSi03>M92Si04>Y2SiOs>Y2Si207；在MgO-Si02-Ce203三元体系内，Ce203与Si02

5、反应形成Ce2Si207、Ce2Si05以及Ceo．36Sio．230；在MgO—Si02一Zr02三元体系内，MgO和Zr02组分间形成固溶体；Zr02与2MgO‘Si02反应形成Zr02—2MgO·Si02二元系；在MgO—Si02-A1203三元体系内，A16Si2013>MgSi03>MgAl20a>M92Si04。(2)在镁橄榄石合成过程中，MgO组分是扩散相，其在合成初期向Si02组分扩散反应生成镁橄榄石和顽火辉石；在合成过程的中期，MgO组分通过顽火辉石晶格及低熔点物相扩散至顽火辉石表面并与其反应生成镁橄榄石，在已经生成的镁橄榄石表面

6、析出和沉积，使镁橄榄石颗粒间相互连结实现致密化；在合成过程的后期，MgO全部从颗粒部位扩散迁移，在颗粒原位留有气孔，通过烧结使气孔缩小弥合。(3)镁橄榄石合成反应过程由M92+扩散控制；MgO与Si02问固相反应动力学可由杨德尔方程描述，其表观反应活化能为220土20kJ，mol～。一TTT—东北大学博士学位论文摘要(4)致密化镁橄榄石的制备条件为：加热温度高于1550℃、保温时间大于3h、素坯成形压力超过150MPa。(5)添加Ti02、Y203和Ce02对于镁橄榄石的合成和烧结过程具有显著的促进作用，添加Zr02和A1203时的效果不明显；Ti

7、4+向MgO晶格的固溶、含Ti低熔点化合物的生成以及Ti02从含Ti化合物中析出有利于反应质点的扩散和迁移；含Y低熔点化合物的生成以及由于Y203添加而使MgSi03相在高温下存在促进了反应质点的扩散和迁移：添加的Ce02在高温下转化为Ce203，含ce低熔点化合物的生成以及由于Ce203和Si02间的反应而使MgSi03相在高温下存有利于反应质点的扩散和迁移；Zr02以含MgO固溶体的形式存在于颗粒晶界和以复合化合物形式存在于基质中，存在于基质中的复合化合物由MgSi03+ZrSi04--}M92SiOs+MgSi03+ZrSi04--*M92S

8、iOs+ZrSi04+Zr02在颗粒晶界析出Zr02。(6)随着镁橄榄石添加量的增加，镁橄榄石干式料的体积密度和强度降低，