MgAl,2O,4陶瓷材料的烧结研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文1．文献综述引言镁铝尖晶石是一种性能良好的陶瓷材料，具有耐火度高、机械强度高，耐腐蚀、透光J

2、生好、抗辐射、耐磨等性能，因而应用在冶金、化学、半导体、激光、航空航天、军事、原子能等工业。1．1镁铝尖晶石的结构镁铝尖晶石(MgAl204)具有典型的尖晶石结构。凡结晶状态属于等轴晶系并含有等分子数的AO和岛q的矿物都称为尖晶石。其中AO是指二价氧化物，岛q是指三价氧化物，可用通式AB204表示。在上百种尖晶石矿物中，MgAl204是很有实用价值的材料。【1]在镁铝尖晶石结构中，如图1．1(a)所荆”，02一离子作立方最紧密堆

3、积，排列成立方面心格子。其结构比较复杂，下面可用鲍林规则进行分析。一4伊。一馘(a)尖晶石(MgAl20D的结构(b)尖晶石结构中的两种配位多面体图1．1尖晶石结构图按鲍林第一规则，根据离子半径比确定阳离子配位数。等z面0．61-046，配位数为6垒￡⋯0．660．50，配位数—般为6，在这里为4，整个结构才较稳定。即Ap填0：一1·3z充在02-构成的八面体空隙中，组成D蛆。矿八面体；而M92+则填充在四面体空隙中，组成【M904r四面体。按鲍林第二规则，计算静电键强度。m】：乳一O=若，[M904l：s№咿泛1OZOZ可见两种配位多面体的静电键

4、强度相等。根据鲍林第四规则，低配位数的[M904]四面体之间排斥力较大，应尽可能互不结合，而西安建筑科技大学硕士学位论文高配位数的[～06]八面体可以互相结合。在尖晶石结构中每一个02_共用一个【M904】四面体和三个【A106]八面体。根据鲍林第三规则，八面体之间可以共棱甚至共面。在尖晶石中，每两个八面体之间共用一条棱。根据鲍林第五规则，理想的镁铝尖晶石晶体中，除M矿与pP外，一般不再含其它正离子；M92+与o。总是组成四面体；～3+与护总是组成八面体；每一个泸周围总是一个M矿和三个AP。综匕所述捌，MgAl204是氧离子的立方密堆积氧化物，其空

5、间群是O＼(Fd3m)，晶格常数为8．08A。组成该晶体的单位晶胞由8个小立方单元组成，共有8个M92+、16个AP和32个oP。由于扩的离子半径远大于Mp和A13+的离子半径，所以整个晶胞实际上是由氧离子堆积而成，而M矿和AP则分别占据由氧离子所形成的四配位体和六配位体的中心格位，并具有Td和D3d的对称性如图1．1@所示。当四面体心只有M孑+和八面体【)只有A13+时，该晶体为正常尖晶石结构；若四面俸【撤占据，且M办口AP各占据八面体心的一半时，该晶体为反尖晶石结构[A1CMgAD04]；在^造的或天然尖晶石中都含有一定比例的反尖晶石相(有的可

6、高达30％131)，而且其四面体配位体和八面体配位体晶格几乎都有扭曲(畸变)。1．2镁铝尖晶石的物理化学性质MgAl204的熔点为2135。C，莫氏硬度约为8．0，密度为3．559／cm3，介电常数为7．5左右，介电损耗tg6(IMHz)约为5～8×10r4，其能隙宽度介于MgO和a—捌2哂之间，是一种过渡晶格的结构，但晶格结构远比MgO和A1203复杂。由于它属于立方晶系，它的热导性、热膨胀性和光学性能在各个方向均相同。折射率n=1．72，具有良好的透光性能(红外、可见光、紫外波段)，是—种良好的透光材料。膨胀系数较小(7．6×lO-6／oc)，

7、因而具有良好的热稳定性。颜色呈无色、红色、蓝色、绿色、棕色等颜色。121MgAJ204化学性质稳定，常温下不与酸、碱反应，在高温下对各种熔体的侵蚀作用有较强的抵抗性。综上，镁铝尖晶石具有强度较高、硬度大、耐高温、耐磨、耐腐蚀以及良好的透光性能和绝缘性能。1．3镁铝尖晶石粉末的合成与制备方法13．I高温固相法以氧化镁和氧化铝为原料制各尖晶石粉末是一种工艺较成熟、简便易行的方法旧。该法是以工业氧化铝和轻烧氧化镁为原料，按1：1配料，在马弗炉内煅烧，在1100℃左右保温适当时间，即可得活性细尖晶石粉。采用该工艺制得的粉末晶格缺陷多，表面能大，【6川但需注

8、意的是，镁铝尖晶石粉末在煅2西安建筑科技大学硕士学位论文烧过程中是作为一种过渡性物质存在的，【目当温度过高(>1250"C)时，尖晶石粉末会发生烧结。此外，由于MgO和A1203粉末是通过机械球磨混合、混捏成团使两种物相均匀分布的，尽管它们被磨得很细(甚至达500目以下)，但相对于分子或原子尺寸而言，仍然是“庞大”的，这样在高温固相接触反应中，分子间接触势必受到影响，甚至发生“再包裹”现象，从而导致生成物掺杂，纯度和粒度均受影响。其结果如表1-1所示。【6】表1．1固相反应制备尖晶石粉末的物相和粒度组成矿物组成粕拄咖成(Ⅳm)组成项目MgAl204

9、A1203MgO<55～2020~加组分含量≥50≥20702551．3．2溶液一固相法该法主要以镁和铝的硝酸盐或硫酸盐晶