CaO-Al2O3-TiO2系合成耐火材料总的趋势是形成复相结构来抑制不利因素,发挥主晶相、次晶相的各自优势,通过合成工艺制备高性能高品质制品。下文为CaO-Al2O3-TiO2系合成耐火材料的研究发展趋势,由耐火砖厂家整合发布呈现。
如武汉科技大学李胜等人以攀钢提钛尾渣和工业氧化铝为原料,采用浇注成型制备出六铝酸钙-镁铝尖晶石多孔耐火材料。结果表明随烧成温度的升高和尾渣加入量的增大,材料体积密度和耐压强度逐渐增大;1550℃烧后材料中六铝酸钙的相对生成量最大;当提钛尾渣与工业氧化铝的质量比为30:70时,1500℃烧后材料中主晶相为六铝酸钙和镁铝尖晶石;其质量比为35:65时,除了六铝酸钙和镁铝尖晶石外还残留有少量的二铝酸钙;镁铝尖晶石弥散分布在六铝酸钙中,六铝酸钙晶体呈较厚的板片状材料的孔径主要集中在1~3m,平均孔径和体积中位径分别为1.75μm和1.39μm。
中国地质大学刘艳改等人研究了六铝酸钙/镁铝尖晶石复相耐火材料的制备及性能。该研究以白云石和工业γ-Al2O3为原料,在不同烧结温度下制备了六铝酸钙/镁铝尖晶石复相材料。
结果表明,当Al2O3加入量为90.32%时,经1500℃、1550℃、1600℃和1650℃烧后制备了无杂相的六铝酸钙尖晶石复相材料。随烧结温度提高,复相材料的体积密度和抗折强度先下降后提高,而显气孔率总是呈下降趋势。当烧结温度为1650℃时,所制备的复相材料的体积密度、显气孔率和弯曲强度分别为2.7g/cm3、48.78%和54.3MPa。
西班牙B.A.Vázquez等人研究了以硅酸钙腐蚀刚玉和六铝酸钙的腐蚀机制。该研究采用高温显微镜观察以两种硅酸二钙渣混合CaF2对l2O3和CaAl2O1陶瓷进行腐蚀分析,试验温度为1600℃,通过腐蚀后的试样来研究其腐蚀机制。腐蚀过程的不同阶段,相组成是由光学显微镜、SEM和能谱分析来完成的。
结果表明:熔渣对致密Al2O3基质的侵蚀是由于扩散过程控制,产生了连续的铝酸钙层;根据Al-Ca-Si、Al-Ca-Si-Mg、Al-Ca-Si-CaF2的热力学计算,在烧结过程中,在反应中间相之间存在液相。
西班牙A.J.Sa nchez-Herencia研究了六铝酸钙的断裂行为。通过将高纯粉体溶于液态当中(胶质过程)后经1500℃、1550℃、1600℃煅烧得到Al2O3-CaAl12O19(其中Al2O3体积分数为90%,CaAl12O19体积分数为10%)。六铝酸钙是由氧化铝和碳酸钙粉末在高温下反应生成的研究了氧化铝和六铝酸钙最佳的分散条件。
材料的显微结构是通过扫描电镜检测的结果表明,微小的CA颗粒高度分散在氧化铝基质中。氧化铝的晶粒尺寸和形状取决于烧成温度,而六铝酸钙的晶粒尺寸则保持不变。
复合材料的断裂行为通过维氏硬度压痕机和光学电镜来检测。对于具有相同尺寸的单相氧化铝而言,向复合材料施加高负载而没有额外的横向裂纹。复合材料的断裂韧性取决于显微结构,其中两组实验值大于氧化铝材料。实验结论是依据热膨胀各向异性产生的晶粒间的残余热应力来讨论的。
澳大利亚D.Asmi研究了层状的梯度Al2O3/CA复合材料的特性,讨论了一种新颖的制备层状梯度润滑耐磨梯度材料(LGM)、Al2O3/CaAl12O19(CA6)的方法。这个过程是以预形成的多孔氧化铝和水合乙酸钙生成一层均匀的Al2O3涂层和一层不均匀的CA/Al2O3的梯度层。
物相的浓度梯度是由XRD衍射来检测的,结果表明CA的含量随着试样的深度而减少,CA、CA2和CA6的合成温度分别为1000℃、1200℃和1350℃。CA6的生成阻碍了材料的致密化,还导致了材料硬度和弯曲模量的降低。
从SEM图像可以看到有片状的CA6晶粒和具有梯度的显微结构在LGM中出现。该课题还研究了采用切线入射同步加速器辐射衍射(GISRD)方法对梯度CA6复合材料进行深度剖析。
法国格林研究中心Marie-Helene-Berger研究了Al2O3-Al2TiO3的定向凝固系统,设计了定向凝固的Al2O3-Al2TiO3低共熔系统,这种原位生成的复合材料表现出了极优的强度和韧性。
日本岐阜县陶瓷研究所Tadashi Shimada研究了热膨胀率低和高强度的Al2TiO5-t-ZrO2复合材料钛酸铝与3%(摩尔分数)氧化钇稳定氧化锆合成的复合材料热膨胀系数可以达到2×10–6,强度可以达到100MPa。研究发现钛酸锆的形成降低试样的强度,造成部分稳定氧化锆的不稳定。
印度科研人员M.Jayasankar研究了溶胶凝胶法低温烧结氧化铝与二氧化钛合成复合钛酸铝,文章报道了溶胶凝胶核壳法合成钛酸铝复合材料。
研究发现降低反应温度有利于增大反应物(经核壳法使反应物内包含纳米颗粒)的接触面。在相同条件下,对比钛酸铝的形成机理与氧化物的混合机制,烧结Al2O3-Al2TiO3复合材料的平均粒径为2μm。
印度科研人员S.Ananthakumar研究了溶胶凝胶法衍生的钛酸铝莫来石复合材料的微观结构和高温变形特性,研究采用溶胶凝胶法制备不同成分的钛酸铝-莫来石复合材料。
研究莫来石对钛酸铝-莫来石复合材料的微观结构和蠕变性的影响,向试样中依次添加不同体积分数(0~100%)的莫来石。莫来石体积分数为80%的钛酸铝试样经1600℃烧结成超细颗粒,平均粒度为2.5μm。
分析不同钛酸铝-莫来石复合材料的稳态蠕变性得出,蠕变性和应力指数决定其活化能。溶胶凝胶法衍生的不同钛酸铝一莫来石复合材料的活化能为655~874kJ/mol,应力指数为1.5~1.9。