Ảnh hưởng của chất khoáng hóa đến tính chất của các vật liệu gốm này

Gốm spinel magie nhôm (MgAl2O, MgO·Al2O hoặc MA) có tính chất cơ học ở nhiệt độ cao vượt trội, khả năng chống bong tróc và chống ăn mòn tuyệt vời. Đây là loại gốm chịu nhiệt điển hình nhất trong hệ Al2O-MgO. Sự phát triển ưu tiên của các hạt tinh thể canxi hexaaluminat (CaAl12O19, CaO·6AlO hoặc CA6) dọc theo mặt phẳng đáy khiến nó phát triển thành dạng tấm hoặc dạng kim, điều này có thể tăng cường đáng kể độ dẻo dai của vật liệu. Canxi dialuminat (CaAlO hoặc CaO·2Al2O3, CA2) có hệ số giãn nở nhiệt thấp. Khi CA2 được kết hợp với các vật liệu khác có điểm nóng chảy cao và hệ số giãn nở cao, nó có thể chống lại tốt các hư hại do sốc nhiệt gây ra. Do đó, vật liệu composite MA-CA đã nhận được sự quan tâm rộng rãi như một loại vật liệu gốm chịu nhiệt mới trong ngành công nghiệp chịu nhiệt độ cao nhờ các đặc tính tổng hợp của CA6 và MA.

Trong bài báo này, gốm MA, vật liệu composite gốm MA-CA2-CA và vật liệu composite gốm MA-CA được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết pha rắn ở nhiệt độ cao, và ảnh hưởng của chất khoáng hóa đến tính chất của các vật liệu gốm này đã được nghiên cứu. Cơ chế tăng cường độ bền của chất khoáng hóa đối với hiệu suất của gốm đã được thảo luận, và các kết quả nghiên cứu sau đây đã được thu प्राप्त:
(1) Kết quả cho thấy khối lượng riêng và độ bền uốn của vật liệu gốm MA tăng dần khi nhiệt độ thiêu kết tăng. Sau khi thiêu kết ở 1600 trong 2 giờ, hiệu suất thiêu kết của gốm MA kém, với khối lượng riêng là 3,17 g/cm3 và giá trị độ bền uốn là 133,31 MPa. Khi tăng lượng chất khoáng hóa Fez03, khối lượng riêng của vật liệu gốm MA tăng dần, và độ bền uốn ban đầu tăng rồi giảm. Khi lượng thêm vào là 3 wt.%, độ bền uốn đạt giá trị tối đa là 209,3 MPa.

(2) Hiệu suất và thành phần pha của gốm MA-CA6 có liên quan đến kích thước hạt của nguyên liệu thô CaCO và α-Al2O3, độ tinh khiết của α-Al2O3, nhiệt độ tổng hợp và thời gian giữ. Sử dụng CaCO có kích thước hạt nhỏ và α-Al2O3 có độ tinh khiết cao làm nguyên liệu thô, sau khi nung ở 1600℃ và giữ trong 2 giờ, gốm MA-CA6 tổng hợp có độ bền uốn tuyệt vời. Kích thước hạt của CaCO3 đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành pha CA và sự phát triển của các hạt tinh thể trong vật liệu gốm MA-CA6. Ở nhiệt độ cao, tạp chất Si trong α-Al2O3 sẽ tạo thành pha lỏng tạm thời, khiến hình thái của các hạt CA6 phát triển từ dạng tấm sang dạng đẳng trục.

(3)Tác dụng của chất khoáng hóa ZnO và Mg(BO2)z đối với các tính chất của vật liệu composite MA-CA và cơ chế tăng cường đã được nghiên cứu. Người ta thấy rằng dung dịch rắn (Mg-Zn)AI2O4 và pha lỏng chứa boron được hình thành bởi các chất khoáng hóa ZnO và Mg(BO2)z làm cho kích thước hạt MA nhỏ hơn và hàm lượng MA tăng lên. Các pha đặc này được bao phủ bởi các hạt MA vi tinh thể để tạo thành các khối đặc phân tán theo vùng, dẫn đến sự chuyển đổi các hạt CA6 thành các hạt đẳng trục, do đó thúc đẩy quá trình làm đặc vật liệu gốm MA-CA và cải thiện độ bền uốn của nó.

(4)Bằng cách sử dụng Al2O tinh khiết về mặt phân tích thay vì α-Al2O, các vật liệu composite gốm MA-CA2-CA đã được tổng hợp từ các nguyên liệu thô tinh khiết về mặt phân tích. Ảnh hưởng của các chất khoáng hóa SnO₂ và HBO đến các tính chất vật lý và cơ học, cấu trúc vi mô và thành phần pha của các vật liệu composite đã được nghiên cứu.

Kết quả cho thấy, sau khi thêm chất khoáng hóa SnO2 và H2BO3, dung dịch rắn và pha lỏng tạm thời chứa boron xuất hiện trong vật liệu gốm; điều này làm cho pha CA2 chuyển thành pha CA và đẩy nhanh quá trình hình thành MA và CA6, từ đó cải thiện hoạt tính thiêu kết của vật liệu gốm. Pha đặc được hình thành bởi lượng Ca dư thừa làm cho liên kết giữa các hạt MA và CA6 chặt chẽ hơn, giúp cải thiện tính chất cơ học của vật liệu gốm.