氧化铬石对钛酸铝耐火材料组成、结构及性能的影响,由耐火砖厂家整合分享。
1.氧化铬对合成钛酸铝耐火材料相组成的影响:
观察不同氧化铬含量碳酸铝耐火材料试样经过1400℃、1450℃和1500℃烧成后的XRD图谱。发现所有试样均含有钛酸铝、刚玉和锐钛矿相,并且钛酸铝为主晶相。分析发现随着氧化铬含量的增加和温度的升高,刚玉相减少。经过1500℃烧后的含有4%氧化铬试样中钛酸铝相的衍射峰强度最强。试样中刚玉相随着氧化铬添加量的增加而逐渐降低。
2.氧化铬对合成钛酸铝耐火材料主晶相晶胞常数的影响:
氧化铬的引入会在合成钛酸铝过程中发生的缺陷和化学反应方程,反应过程中Cr3+占据钛酸铝结构中的Ti4+位置,形成O2-空位和Cr3+空隙。
此外,Cr3+占据钛酸铝中的Al3+位置,并发生缺陷化学反应,氧化铬固溶于钛酸铝中,其中Al3+和Ti4+被Cr3+取代,结果是由于钛酸铝的结构而存在的空位缺陷和间隙阴离子,氧化铬引入会加速离子的扩散和固相反应生成钛酸铝。
氧化铬的加入和烧结温度的提升可以促进钛酸铝的烧结性能,分析在1400℃和1500℃烧结的钛酸铝的晶格常数,烧后试样的钛酸铝晶格可显著受到氧化铬含量和煅烧温度的影响。晶格常数和晶格体积随氧化铬含量的增加而逐渐增大。用Cr2O3替代固溶体分析了钛酸铝的晶格畸变。煅烧温度的升高加速溶质和溶剂离子的扩散。升高烧结温度会增加钛酸铝中点缺陷的浓度,并增强固相反应得到钛酸铝。
3.氧化铬对合成钛酸铝耐火材料合成率的影响:
在1400℃、1450℃和1500℃烧结的钛酸铝耐火材料试样中,Cr2O3的加入对钛酸铝合成率的影响。钛酸铝的合成率随氧化铬含量的增加而增大。钛酸铝的合成速度随温度升高而增大。
合成率的提高表明,Cr2O3可以起到稳定剂的作用,从而抑制钛酸铝的分解。提高烧结温度也可以抑制钛酸铝的分解。分析认为钛酸铝的合成主要是由于氧化铬中Cr进入钛酸铝晶胞形成固溶体。随着烧结温度的升高促进了置换固溶体的形成。
为了说明氧化铬固溶到钛酸铝中,经过1500℃烧后的钛酸铝耐火材料试样EDS能谱图谱。从能量分散谱分析,除了Al和T元素之外,还存在于钛酸铝晶粒中的Cr元素。
氧化铬固溶于钛酸铝晶粒中,结构稳定。文献介绍了一些三价金属氧化物可以加速Al2O3和TiO2之间的固相反应,并且钛酸铝在冷却到室温过程中具有更强的抵抗分解的能力。
4.氧化铬对合成钛酸铝耐火材料微观结构的影响:
分析不同含量氧化铬钛酸铝耐火材料试样,分别经过1400℃和1500℃烧后的截面显微结构,观察钛酸铝在煅烧过程中发生晶格畸变,导致钛酸铝的晶格能大于正常结构,离子的扩散消耗了晶格能。
首先形成钛酸铝相的矿物结构,在晶界和表面出现微小裂纹。随着氧化铬含量的增加,钛酸铝的特征结构变得明显更加致密,并且微小裂纹的数量减小。当添加4%的氧化铬时,钛酸铝晶粒明显长大。柱状钛酸铝出现在十字交叉结构中,晶粒表面微裂纹的数量和大小均有所减小。
结果表明,在高温下,氧化铬能促进固/液扩散,促进晶粒长大,提高试样致密度。烧结温度的提高和氧化铬引入促进了钛酸铝晶粒长大。试样中钛酸铝的致密度更大,且具有更细晶柱状结构,边界清晰。
5.氧化铬对合成钛酸铝耐火材料烧结性能的影响:
观察不同含量氧化铬合成钛酸铝耐火材料试样,分别在1400℃、1450℃和1500℃烧后的体积密度和显气孔率,发现氧化铬的引入对烧后试样的体积密度和显孔隙率具有显著影响。
钛酸铝的体积密度随着氧化铬含量和烧结温度的增加而增加。升高温度促进钛酸铝的烧结性能和致密化。结果表明,氧化铬提高了钛酸铝烧结性能。Cr3+取代Ti4+和A13+引起的晶格畸变,加速了钛酸铝中离子的扩散,升温引起的热缺陷促进了固相反应和烧结性能的提高。
研究发现以从铁合金厂用铝钛渣为原料,在高温条件下通过固相反应法可以合成钛酸铝。钛酸铝的晶胞因Cr3+取代Ti3+和Al3+而发生畸变,氧化铬引起的结构缺陷加速了离子的扩散,高温引起的热缺陷也促进了钛酸铝的固相反应和烧结,钛酸铝的合成率随氧化铬添加量的增加和温度的升高而增大。