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时间:2018-09-25
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1、HenanUniversityofUrbanConstruction《无机材料专业英语》课程设计专业:无机非金属工程班级:0134091学号:013409128姓名:王峰指导老师:徐开东成绩:土木与材料工程系2012年05月有关碱土氧化物对相的形成和莫来石陶瓷的形态发展的研究摘要:将对莫来石(3Al2O3·2SiO2)相的形成和陶瓷形态发展有影响的包括氧化镁,氧化钙,氧化锶,氧化钡在内的碱土氧化物和活性炭组成的混合物,经高能球磨后,进行研究。不同的碱土氧化物表现出对莫来石化行为和形态/莫来石陶瓷的微观结构发展有不同影响。莫来石化的温度随
2、着氧化镁和氧化钡的比例的增大而升高。莫来石晶须的形成和发展与氧化镁的掺量有关,而与氧化锶、氧化钡和氧化钙的的掺量有关的正常形状的颗粒相比更好一点。这两种莫来石的形成温度和形态发展都是根据碱土氧化物的种类来定的,并对莫来石化机制和溶解沉淀方面进行了解释。关键词:莫来石.碱土氧化物各向异性晶粒的生长莫来石化1前言许多先进的技术和莫来石(3Al2O3.2SiO2)的热学性能使它成为一种很有前途的工程材料,莫来石粉体材料通常是通过氧化物之间的固态反应制得的。由于在莫来石晶格内SI4+和Al3+上网相互扩散率比较低,莫来石化动力学性能又是由其混合
3、物的早期强烈的反应引起的。因此,能与Al2O3和SiO2(石英)发生固态反应的莫来石相形成温度可以高达1600摄氏度。不同的种类可以降低莫来石相形成温度。例如,使用α-氧化铝与二氧化硅形成的无定形颗粒溶胶,可以使莫来石的形成温度降到1400-1500摄氏度。如果使用纳米级γ-Al2O3颗粒,莫来石化的温度可进一步降低1300摄氏度。溶胶-凝胶过程是降低莫来石形成温度的另一种方式。在此过程中,前期是在原子水平上的混合,使莫来石的形成可以大大增强。莫来石化的温度通常是900-1200摄氏度。溶胶-凝胶过程的缺点,也就是涂料的方法,包括复杂
4、的实验过程,昂贵的化学用品的和较低的生产量。这些缺点的改变将是促进莫来石陶瓷替代普通工艺的有效途径。高能球磨的目的是使金属氧化复合材料分散均匀,随后进行机械合金化,这种机械现已被应用到陶瓷材料的制备中,有些化合物可以直接通过高能球磨合成。例如,锆钛酸铅在一定时间内可以由氧化钛、氧化铅、氧化锆经高能球磨机研磨制的,快慢取决于研磨介质和铣削参数。而其他材料,如钛酸钡和镁铝尖晶石在用高能球磨机研磨之前需要进行低温处理,对这些材料进行前期研磨可以增强相的形成能力,并且在球磨或在冷却处理过程中都会有直接的反应。我们本来打算采用高能球磨机来实现莫来
5、石陶瓷的低温制造,然而,通过高能量球磨机得不到致密的莫来石陶瓷,反而得到了莫来石晶须。另外我们还发现,加入其他氧化物可以改变莫来石化行为和莫来石的尺寸,许多种氧化物我们都已经研究过了,而在最近的研究中,我们主要是通过高能球磨机来研究碱土氧化物对莫来石化行为和形态/微观发展氧化铝石英混合物的影响。这是很有意义的,最终发现莫来石晶须只在有氧化镁的情况下生成,而在氧化钙,氧化锆和氧化钡存在的情况下可以得到各向异性不明显的致密莫来石陶瓷。这些观点可以通过溶解-沉淀机制来解释。2实验市售二氧化硅(石英,99+%纯度,Aldrich公司,美国),氧
6、化铝(纯度大于99%,Aldrich公司,美国),氧化镁,氧化钙,碳酸锶,碳酸钡粉末被用作初始原料,混合组成(3Al2O3·2SiO2)0.9(MO)0.1(M:镁,钙,锶,钡)。“这种粉末是以氧化锆为介质用传统的铣削加工进行了第一次混合,混合粉末的活性可以由高能球磨机激活,铣削操作就是运用瑞驰PM400型行星气体粉磨系统进行操作的,然后在室温下保持5小时,在200rpm的铣削速度下,用一瓶250毫升碳化钨和100个直径为10mm的碳化钨球来作为球磨介质。球粉重量比率为约40:1。磨碎的粉末在50MPa压力下压成的直径为10mm的颗粒,
7、这种绿色的颗粒在瑞和丰式炉中进行1600种烧成,并保持4小时,空气温度以10摄氏度/分钟的加热和冷却速率从1000摄氏度至1500摄氏度。X射线衍射分析了粉末和烧结样品在理学类型衍射与铜的Kα辐射中的应用,绿色颗粒的致密性是用塞塔拉姆16/18型膨胀仪系统在每分钟升高10摄氏度的空气氛围下测定的,烧结样品的微观结构是用JEOLJSM-6340F型电子显微镜(FESEM)检查的,莫来石陶瓷的密度是用MD-200S型电子比重计并以水为液体介质测定的。图1:不同温度下烧结4小时的掺杂碱土氧化物混合物的XRD图谱。图2:掺杂碱土氧化物的混合物的
8、致密化行为3结果与讨论图1显示了掺杂碱土的氧化物样品在不同温度下烧结的XRD图谱,图中可以看到四组在1000摄氏度的时候烧结的XRD图谱类似,其中氧化铝和石英是主要的阶段,对于氧化镁和氧化钙,是通过X射线衍
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