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            影响耐火材料滑石粉批发烧结的因素及改良方法

            2019-10-15

            耐火材料的烧结盟一个复杂的、受多种因素制约的过程。超细滑石粉影响烧结的主要因素包括滑石粉批发原料的性质、添加剂、烧结温度和保温时间、烧成气氛以及坯体的成型方法和压力等lol2020全球总决赛竞猜。

            一、原料的影响

            原料对烧结的影响分为内因和外因两个方面lol2020全球总决赛竞猜。内因是物料的结晶化学特性,外因则主要体现为所用原料的颗粒组成。物料晶体的晶格能是决定物料烧结和再结晶难易的重要参数lol2020全球总决赛竞猜。晶格能大的晶体,结构较稳定,高温下质点的可移动性小,烧结困难。晶体结构类型也是一个重要影响因素,物料阳离子的极性低,则其形成的化合物的晶体结构较稳定lol2020全球总决赛竞猜,必须在接近熔点的温度下才有显著缺陷,故该类化合物质点的可移动性小,不易烧结。耐火材料中Al2O3、MgO的晶格能高而极性低lol2020全球总决赛竞猜,故较难于烧结lol2020全球总决赛竞猜。

            由微细晶粒组成的多晶体比单晶体易于烧结,因为在多晶体内含有许多晶界lol2020全球总决赛竞猜,此处是消除缺陷的主要地方,还可能是原子和离子扩散的快速通道。离子晶体烧结时,正lol2020全球总决赛竞猜、负离子都必须扩散才能导致物质的传递和烧结lol2020全球总决赛竞猜。其中扩散速率较慢的一种离子的扩散速率控制着烧结速度。一般认为负离子的半径较大lol2020全球总决赛竞猜,扩散速率较慢,但对Al2O3、Fe2O3的实验研究发现lol2020全球总决赛竞猜,O2-通过晶界提供的通道快速扩散,以致正离子Al3+、Fe3+的扩散比氧离子慢,成为烧结过程控速步骤。

            从防止二次再结晶的角度考虑lol2020全球总决赛竞猜,如果细粉内有少量大颗粒存在,则易发生晶粒的异常长大而不于烧结。一般氧化物材料适宜的粉末粒度为0.05~0.5μm。

            晶体生长速度是影响烧结的另一个晶体化学特性。例如MgO烧结时晶体生长很快lol2020全球总决赛竞猜,很容易长大至原始晶粒的1000~1500倍,但其密度只能达到理论值的60%~80%。Al2O3则不然lol2020全球总决赛竞猜,虽其晶粒长大仅50~100倍lol2020全球总决赛竞猜,却可达到理论密度的90%~95%,基本上达到充分烧结。为使MgO材料密度提高,必须抑制晶粒长大的措施。

            原始粉末的粒度不同,烧结机理有时也会发生改变lol2020全球总决赛竞猜。例如AIN的烧结lol2020全球总决赛竞猜,据报道lol2020全球总决赛竞猜,当粒度为0.78~4.4μm时,粗颗粒按体积扩散机理进行烧结,而细颗粒则按晶界扩散或表面扩散机理进行烧结。


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            所用原料的粒度也是影响烧结致密化的重要因素,无论是固相烧结还是液相烧结,细颗粒均增加了烧结的推动力,缩短了粒子扩散的距离和提高了颗粒在液相中的溶解度而导致烧结过程的加速,有资料报道lol2020全球总决赛竞猜lol2020全球总决赛竞猜,MgO的原始粒度为20μm以上时lol2020全球总决赛竞猜,即使在1400℃长时间保温,仅能达到相对密度的70%而不能进一步致密化;当粒径在20μm以下时,温度为1400℃或粒径为1μm以下,在1000℃时,烧结速度很快lol2020全球总决赛竞猜;如果粒径在0.1μm以下时,其烧结速度与热压烧结相差无几。

            二、添加剂的影响

            在固相烧结时lol2020全球总决赛竞猜,少量添加剂(烧结助剂)可与主晶相形成固溶体促进缺陷增加;在液相烧结时lol2020全球总决赛竞猜,添加剂能够改变液相的性质(如粘土、组成等),因而能起促进烧结的作用。添加剂的作用可能在于以下几个方面

            1lol2020全球总决赛竞猜、形成固溶体。当添加物与烧结物形成固溶体时lol2020全球总决赛竞猜,可以增加晶格缺陷滑石粉批发,活化晶格,从而促进烧结。一般来说lol2020全球总决赛竞猜,它们之间形成有限置换固溶体更有助于促进烧结。添加剂离子的电价、半径与主晶格离子的电价,半径相差越大,晶格畸变程度也越大,促进烧结的作用也越明显。如Al2O3烧结时,加入3%的Cr2O3形成连续固溶体可在1860℃烧结,而加入1%~2%TiO2只需在1600℃左右就能致密化lol2020全球总决赛竞猜。

            2、阻止晶型转变,有些氧化物在烧结时发生晶型转变并伴有较大的体积效应,这就难以实现烧结致密化,并容易引起坯体开裂lol2020全球总决赛竞猜。这时若能选用适宜的添加剂加以抑制lol2020全球总决赛竞猜,即可促进烧结。ZrO2烧结时添加一定量的CaO、MgO就属这一机理。约在1200℃,m-ZrO2转变为t-ZrO2,并伴有约10%的体积收缩,使制品稳定性变坏lol2020全球总决赛竞猜。引入电价比Zr4+低的Ca2+(或Mg2+)lol2020全球总决赛竞猜,可形成稳定的立方萤石结构的固溶体。这样lol2020全球总决赛竞猜,既防止了制品的开裂lol2020全球总决赛竞猜,又增加了晶体中缺陷浓度lol2020全球总决赛竞猜,使烧结加快。

            3、抑制品粒长大,烧结后期晶粒长大滑石粉批发,对促进烧结致密化有重要作用lol2020全球总决赛竞猜。但若二次再结晶或间断性晶粒长大过快,会使晶粒变粗、晶界变宽而出现反致密化现象并影响制品的显微结构。这时,可通过加入能抑制品粒异常长大的添加剂来促进烧结,在烧结透明Al2O3制品时lol2020全球总决赛竞猜,为抑制二次再结晶lol2020全球总决赛竞猜,消除晶界上的气孔,一般加入MgO或MgF2,高温下形成镁铝尖晶石包裹在Al2O3晶粒表面,抑制了晶界迁移的速度lol2020全球总决赛竞猜,并促使气孔的排出,对促进坯体的烧结具有显著的作用lol2020全球总决赛竞猜。

            4lol2020全球总决赛竞猜、形成液相。添加剂在烧结过程中形成液相lol2020全球总决赛竞猜。液相形成的原因可能在于两方面:添加剂本身的熔点较低lol2020全球总决赛竞猜,添加剂与烧结物形成多元低共熔物lol2020全球总决赛竞猜;由于液相的传质阻力小、传质速度快,从而降低了烧结温度和提高了坯体的密度lol2020全球总决赛竞猜。例如在制造95%Al2O3陶瓷时,一般加入CaO和SiO2,当CaO:SiO2=1时,由于生成CaO-Al2O3-SiO2液相,从而使材料在1540℃就能烧结lol2020全球总决赛竞猜。应该指出的是lol2020全球总决赛竞猜,能促进形成液相的添加剂并非都会促进烧结,如向Al2O3中加入部分碱金属氧化物就会严重妨碍其烧结。另外,形成液要虽然有利于烧结,但会严重影响材料的高温性能lol2020全球总决赛竞猜lol2020全球总决赛竞猜,故必须统筹考虑。


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