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1、个人资料整理仅限学习使用天然原料合成镁铝尖晶石摘要：本文重在概述以天然原料合成镁铝尖晶石的工艺路线、合成方法，合成镁铝尖晶石的天然原料一般采用以高铝矾土生料(或特级铝土矿 与轻烧氧化镁(或菱 镁矿 粉，合成 方法主要分为二步煅烧法，湿化学法，高能球磨法(HEM，自蔓延高温合成法(SHS等等。此外还介绍了添加剂、气氛、成型方法成型压力、原料活性对工艺的可能影响，从而从中找出合适的实验方案，得出一个合理的实验设计。关键词 ：镁铝尖晶石 天然原料 工艺路线 合成方法 实验设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页个人资料整理
2、仅限学习使用目录摘要 1引言 1第一章文献综述11.1镁铝尖晶石的定义11.2材料结构与基本性能11.3合成原料 21.4 镁铝尖晶石的合成方法31.4.1二步煅烧法 31.4.2湿化学法 31.4.3高能球磨法 (HEM41.4.4自蔓延高温合成法 (SHS41.4.5固相法 51.4.6 电熔法 51.4.7凝胶固相反应法61.4.8均匀沉淀法 61.4.9 共沉淀法 71.4.10 超临界法 71.4.11 冷冻一干燥醇盐法71.4.12 水热合成法 81.4.13 蒸发分解法 91.4.14 燃烧合成法 91.5影响合成镁铝尖晶石原料烧结性的因素91.5.1添加剂 91.5.2气氛 1
3、01.5.3成型方法和成型压力101.5.4原料的活性 101.6镁铝尖晶石材料的性能111.6.1 力学性能 111.6.2热震稳定性 111.6.3抗渣性 111.7 本课题的目的、意义与主要内容121.7.1 目的和意义 12精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用1.7.2 本课题的研究内容12第二章实验方案132.1 实验原料 132.1.1原料组成 132.1.2原料处理方法 132.2实验仪器、设备 132.3实验步骤 132.4检测工程 142.5数据参考指标 14精选学习资料 -
4、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用引言随着耐火材料工业的发展，制备和使用高质量的原材料已经成为生产具有优良性能产品的关键，许多单一或者复杂氧化物都作为原材料用来生产耐火材料产品，其中，作为复杂氧化物的一种，镁铝尖晶石MA ）由于具有一系列的优良性能 进行长时间反应，合成后的MA呈很硬的块状体进一步破碎、研磨得到最终所需要尺寸的粉体，但在研磨的过程中容易带入一些研磨杂质，降低了MA粉体的纯度，因而影响粉体各方面的性能。电熔法是工业上比较普遍采用的另一种制备MA粉体的方法，制备出的粉体晶体尺寸可以达到1mm 以
5、上，然而此法需要更高的反应温度2000），因此能耗过大，且制备的粉体表面活性较差。为了在低温下制备高活性的MA粉体，一些“湿化学法” 如溶胶 -凝胶法，水热合成法等等）得到了大力推广，合成的粉体具有高纯、均一等特点，但使用的原料和溶剂价格昂贵，合成工艺复杂，设备昂贵，致使合成成本过高。因此，制备MA粉体的方法如何选择正是我们做实验设计前必须做好的准备工作。第一章文献综述1.1镁铝尖晶石的定义凡结晶状态属于等轴品系并含有等分子数的AO 及 B2O3的矿物统称尖晶石。镁铝尖晶石MA ）的化学式为MgO 占 28.2%质量分数），Al2O3占71.8%，是一种熔点高 2135），热膨胀系数小，热导率
6、低，热震稳定性好，搞碱侵蚀能力强的材料。MA 在自然界中是一种接触变质产物，也有少数来自火成岩和沉积岩，但天然产出很少。耐火材料用镁铝尖晶石都是由MgO 和Al2O3人工合成的。1.2材料结构与基本性能镁铝尖晶石是一组分子组成为AB2O4的等轴晶系的系列化合物，其单位晶精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用胞由 32 个立方密堆积的氧阴离子O2-和 16个在八面体空隙中的铝离子Al3+以及8 个在四面体空隙中的镁离子Mg2+组成，氧有 4 个金属配位，其中3 个处于八面体中，剩下1 个处于四面体
7、中。尖晶石结构的X-射线衍射分析表明，晶格中的 O 原子排列没有显示任何区别，晶格中所有O 原子与轻烧氧化镁 (或菱镁矿 粉。Sarkar 等人以煅烧过的氢氧化镁和氢氧化铝为原料，在 1550 1750 合成出相对密度为91 %的镁铝尖晶石。原料预烧温度的提高将降低其尖晶石化的程度，同时，尖晶石的致密化过程也与原料的预烧温度密切相关。 Cunhan 和 Bradt以 Al2O3MgO SiO2三元系统相图为基础，利用耐火粘土与水镁石在1700 以下合成出含少量镁橄榄石的尖晶石。结果表明:在高于 1500 时，镁橄榄石大部分固溶于尖晶石结构中，这种固溶体对合成镁铝尖晶石的耐火性能无不利影响。工业
8、生产中 ,结合我国在生产中的实际情况，主要是轻烧氧化镁 2 和 Al (NO3 3 混合溶液为原料合成尖晶石初级粒子 NH4Al (OH 2CO3 H2O及Mg6Al2 (CO3 (OH 16 4H2O (水滑石，然后通过 MgO ( 水滑石在 400 800 分解得到 与 -2 Al2O3 ( 来自精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用NH4Al (OH 2CO3 H2O的固态反应，在900 转化成纯尖晶石。研究结果表明，以 1100 煅烧 2 h 得到的活性尖晶石为原料，再在1550 真空下
9、烧结2 h，可获得相对密度达 99 %的尖晶石粉末。1.4.3高能球磨法 (HEM 高能球磨法最初用来制备纳M 材料，随着研究的不断深入，现被用来合成尖晶石材料。利用机械能直接参与或引发化学反应是一种新思路。高能球磨后，材料的比表面积增大，晶格发生畸变，表面会产生许多破键，使粉末内部存储大量的变形能和表面能。这一方面可降低烧结温度，另一方面，由于长时间粉磨，会促使非晶态物质的形成K ong 等人利用高能球磨法显著提高了MgO 与 Al2O3的反应性。其研究结果表明 :高能球磨 12 h 的混合料，在 900 煅烧 2 h就出现了平均粒度为100 nm的晶体发育不太完全的尖晶石相。在1300 煅
10、烧后，尖晶石的晶体发育较完全。随着煅烧温度的升高，晶态尖晶石的量增加，致密化程度也提高。研究结果还表明，在 1550 煅烧 2 h，得到晶体尺寸为25m ，相对密度达 98 % 的尖晶石。 K im 报道，在行星式球磨机里强烈粉磨60 min，Mg (OH2与三水铝石很容易转化成非晶态尖晶石相。粉磨15 min 的原料在 900 煅烧 1h，可形成晶态尖晶石相。以粉磨过的混合料煅烧合成出的尖晶石材料有很高的密度，可能是因为粉磨减小了颗粒尺寸，缩短了空位间的距离，有助于致密化。1.4.4自蔓延高温合成法 (SHS 自蔓延高温合成法(SHS又称燃烧合成法 (CS，其原理是利用原料之间的化学反应 (
11、如铝热反应 放出的大量热量来维持合成反应所需要的高温。在合成时，试样局部在外部热源的作用下达到该反应所需要的起始温度，然后反应放出的热量维持反应向其他部分蔓延，从而达到完全反应而合成材料的目的。李小明等以金属铝粉与MgO 为起始原料，采用自蔓延高温合成法合成了高纯镁铝尖晶石制品。结果表明，1400为最佳合成温度。 Ping 等利用此方法制得大量粒度小并且粒度分布窄的尖晶石粉末。这种粉末在1600 烧结 4h 得到相对密度为 92 %的尖晶石，并且发现过量 MgO 或 Al 粉都有助于烧结。 SHS法制备工艺简单，能量利用率高，具有广泛的应用前景。但SHS 法制备耐火材料尚处于初级阶段，在以后的
12、研究中，仍需不断完善。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用1.4.5固相法固相法是以固态方式合成粉料的一种方法，采用若干单一成分的原料，经过配料、混合和煅烧后得到一定的多组分化合物。以MgO 和 Al2O3为原料制备镁铝尖晶石粉末是一种工艺较成熟、简便易行的方法。该法是以工业Al2O3和轻烧 MgO 按摩尔比 1：1 配料，在马弗炉内煅烧1100左右，保温适当时间，便可得到活性镁铝尖晶石粉末.高温固相烧结法的缺点是反应体系的不均匀性。由于 MgO 和 Al2O3粉末是通过机械球磨混合使2 种物
13、相分布均匀，尽管它们被磨得很细甚至达500 目以下，但相对于分子或原子尺寸而言，仍然是“ 庞大 ”的，这样在高温固相接触反应时，很难达到分子级间的接触程度，甚至发生“ 再包裹” 现象，从而导致生成物掺杂。因此，合成的粉体晶格缺陷多，表面能大，纯度较低，粉体均匀性较差。1.4.6 电熔法电熔法是将成型后的料块 球）在三相电弧炉内熔融成液态，然后在缓慢冷却而成为固态的镁铝尖晶石。由于电弧熔融温度高，所以采用电熔法生产的镁铝尖晶石组织结构致密。但由于电耗大，产品的成本也较高，一般用于生产高纯度的镁铝尖晶石。武汉科技大学与辽宁省第二耐火材料厂合作，利用一台600kV A 电熔变压器和1 台 1t 的可
14、倾动式电炉，用尖晶石捣打料作熔炉内衬，采用郑州铝厂生产的工业氧化铝粉和辽宁本地的轻烧氧化镁粉为原料，用倾倒法制取了镁铝尖晶石。汪厚植等人在湖南冷水滩耐火材料厂电熔车间进行了生产尖晶石的实验，所用三相电弧炉变压器容量650kvA，电极直径 150mm ，正常操作电流 1300-1500A，电压 80-90V。炉壳为自制炉壳 24MgCO36H2O 和 Al2O3按摩尔比 Mg：Al=l ：2 进行实验。凝胶用有机单体丙烯酰胺 (C3H5NO，交联剂为N，N一亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵 (NH42SO6水溶液，催化剂用四甲基乙二胺(C6H16N2，分散剂选用JA 一 281 陶瓷料浆分散剂
15、，用NH3H2O 调节 pH 值。将反应生成的产物在1250左右煅烧保温3h，便可得到反应完全，粒度均匀，成球状且晶相为镁铝尖晶石的粉末。合成工艺图如图所示：图 3 凝胶固相反应法合成粉体工艺流程该法制备的粉料颗粒细小均匀，平均粒径为0.5um，且纯度高，分散性好，易烧结，具有成本低、周期短、操作方便、温度易控、粉料性能优良、可规模化生产等优点。1.4.8均匀沉淀法均匀沉淀法是在溶液状态下，原子尺度混合，特点是不外加沉淀剂，在溶液内缓慢自生成沉淀剂可消除外加沉淀剂的局部不均匀现象。SHokazono 采用 2 种溶液体系来制备镁铝尖晶石粉末，一种是Al(NO33，Mg2尿素水溶液体系；另一种是
16、Al2(SO43，Mg(SO42尿素水溶液体系。均按摩尔比Mg：Al=l ：2 进行配料，溶液浓度为：尿素 =1.8moL L，Al3+=0.1 moLL，Mg2+=0.08 moLL，并分别用HNO3,H2SO4调节 pH 值为 2，硝酸盐体系在90水浴加热 22.5h，而硫酸盐体系要加热38h。在反应过程中，用磁性搅拌器不断搅拌。沉淀用蒸馏水经超声波搅拌清洗3 次，然后离心分离后于温度100干燥 24h，并在 800-1000煅烧，便可得到粉体比表面积为2566m2g 的镁铝尖晶石粉末。硝酸盐体系制备的前驱物含有非晶态的氢氧化镁以及酸盐和精选学习资料 - - - - - - - - - 名
17、师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用硝酸根离子，在干燥过程中容易形成团聚，所以该体系制备的粉末烧结性较差，烧结体相对密度低于95%。硫酸盐体系制备的前驱物含Mg(OH2，Al(OH3，Mg5Al4O1115H2O，同时还有少量的碳酸盐和硫酸根离子，该体系制备的粉末烧结活性较好，烧结体的相对密度可达到99。1.4.9 共沉淀法共沉淀法是在同一溶液中加入沉淀剂生成2 种或 2 种以上的沉淀物，经热处理来制备粉末。马亚鲁以化学纯A1Cl36H2O，MgCl26H2O 为原料，化学纯 NH3H2O 作沉淀剂，按摩尔比 MgO ：A12O3=1：1.5
18、配制成浓度为 0.5 molL 的混合盐溶液，在快速搅拌下缓慢滴人氨水溶液，调节溶液的pH 值为 11-12，在 65时效 30min 便可得到白色絮状凝胶，凝胶经水洗，离心分离后于85干燥，并在900保温 lh 的条件下煅烧，便得到镁铝尖晶石粉末。分析表明：凝胶中含有2Mg(OH2Al(OH3和少量 Al(OH3，AlOOH 。在热分解过程中， 500左右时2Mg(OH2A1(OH3分解生成尖晶石和MgO ，同时AlOOH 分解成 -A12O3，随着温度升高至850，MgO 和 -A12O3反应生成尖晶石， 850左右前驱物几乎完全生成尖晶石。该法制备的粉末，成分均匀，纯度高，颗粒尺寸较小，
19、平均在40nm 左右，颗粒形状近似球形，无硬团聚存在。粉末的比表面积在100m2/g 以上，活性好，易烧结，但沉淀物水洗、过滤困难且容易引入杂质。1.4.10 超临界法超 临 界 法 指 作 为 反 应 溶 剂 乙 烯 醇 在 超 过 其 临 界 点 的 条 件 下 使 溶 质MgA1(OR42分解成固态粒子，经热处理结晶化生成尖晶石粉的方法。M.Barj用 MgAl(OR42作原料，在超临界态的乙烯醇中分解形成固体粒子，经1100热处理形成尖晶石粉。所制备的镁铝尖晶石粉有很好的等计量化学均匀性，不存在相偏析，制备的粉体随反应时间不同，平均粒径在4.3-9.8um，同时介质浓度也影响尖晶石粉的
20、质量、结晶度、粒子分布和平均粒径。SEM 分析显示这些微粒是由更小的粒子团聚而形成，经超声波处理，团聚体很容易分散，单个粒子的直径可达 20nm，该法制备的粉体具有很好的可烧结性。1.4.11 冷冻一干燥醇盐法冷冻一干燥醇盐法是将金属盐水溶液喷雾到低温液体上，使液滴瞬时冷精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用冻，然后在低温降压条件下升华脱水，再通过热分解反应制备粉末的方法。CTWang 等用洁净的铝溶胶和甲氧基镁作为起始反应物。铝溶胶通过铝和异丙醇发生水解和溶胶反应而制得。甲氧基镁由纯度为99
21、.99的镁球和过量的甲醇在 N2 气氛中反应24h 经分馏而制得。按配比将铝溶胶缓慢引入到甲氧基镁溶胶中便可形成尖晶石溶胶，然后尖晶石溶胶在85反应 48h 后蒸馏出过量的水和有机溶剂，再通过喷嘴喷射到盛有液氮的盘子上，再将凝固后的尖晶石溶胶放在压力为8.0Pa 的干燥箱内，逐步加热到50直至所有的冰升华为止。在加热过程中， Mg(OH2和 Al(OH3反应生成MgA12(OH8，因此得到组成AlOOH 和 MgAl2(OH8的复合体。干燥后的粉体在温度为l100，保温 12h 煅烧后便得到粒子尺寸为50nm 的尖晶石粉末，该法制备的粉末可以消除喷雾干燥法制备产生的空心现象，且粉末具有很高的烧
22、结活性；缺点是粉末易发生团聚现象，通过球磨可使团聚体的尺寸减少到10um 以下。 1.4.7 冷冻一干燥醇盐法冷冻一干燥醇盐法是将金属盐水溶液喷雾到低温液体上，使液滴瞬时冷冻，然后在低温降压条件下升华脱水，再通过热分解反应制备粉末的方法。CTWang 等用洁净的铝溶胶和甲氧基镁作为起始反应物。铝溶胶通过铝和异丙醇发生水解和溶胶反应而制得。甲氧基镁由纯度为99.99的镁球和过量的甲醇在 N2气氛中反应 24h经分馏而制得。按配比将铝溶胶缓慢引入到甲氧基镁溶胶中便可形成尖晶石溶胶，然后尖晶石溶胶在85反应 48h 后蒸馏出过量的水和有机溶剂，再通过喷嘴喷射到盛有液氮的盘子上，再将凝固后的尖晶石溶胶
23、放在压力为8.0Pa 的干燥箱内，逐步加热到50直至所有的冰升华为止。在加热过程中Mg(OH2 和 Al(OH3反应生成 MgA12(OH8，因此得到组成 AlOOH 和 MgAl2(OH8的复合体。干燥后的粉体在温度为l100，保温 12h煅烧后便得到粒子尺寸为50nm 的尖晶石粉末，该法制备的粉末可以消除喷雾干燥法制备产生的空心现象，且粉末具有很高的烧结活性；缺点是粉末易发生团聚现象，通过球磨可使团聚体的尺寸减少到10um以下。1.4.12 水热合成法水热合成法制备粉体是在密封压力容器中，以水作为溶媒，在高温高压的条件下制备粉体的方法。PKrijgsman 等人用 Al(OH3和 Mg(O
24、H2作原料，经水热合成过程，在4MPa，523K 条件下制备组成为Mg(OH2和(AlOOH45的复合粉体，粒径在2-10um范围，后经一定温度煅烧可制备尖晶石粉。水热法制备单相粉体的优点：晶粒发育完整，粒径很小且分布均匀，团聚程度很轻，易得到合适的化学计量物和晶粒形态，省去高温煅烧和球磨，避免了杂质和结构缺精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用陷，而且粉体的烧结性能好。用水热法制尖晶石粉应注意的问题是所用原料的可溶性问题。因为有些反应剂在水热反应发生前会发生结晶化。1.4.13 蒸发分解法蒸
25、发分解法是利用溶剂蒸发和盐类自身分解生产粉状物，再经过煅烧制备粉体的方法。 AKAdak 将 AI(NO33和 Mg(NO32 6H2O 溶于蒸馏水中，并加入聚乙烯醇，聚乙烯醇的作用是使金属离子均匀嵌入在聚合物的网络结构中以防偏析和沉聚，将混合液在130-160下加热并不断搅拌蒸发，随着溶剂减少，硝酸盐离子形成使聚乙烯醇分解的氧化环境。当溶剂完全蒸发后，硝酸盐自身也分解，形成松软的粉状物，在1000保温 2h 的条件下煅烧可生成结晶非常好的单相尖晶石粉，晶粒尺寸在8-30um，该法的特点是工艺简单、成本低、省时。1.4.14 燃烧合成法燃烧合成法是利用反应物间燃烧的热效应在短时内产生高温来合成
26、尖晶石粉的方法。 JJKingsley 将 Mg(NO32 6H2O，Al(NO33 9H2O 和尿素溶解于少量水中，然后装入容器内放人温度为500左右的炉内，溶液即发生脱水、分解及燃烧现象，反应物在瞬间内温度高达1600左右。燃烧生成物为单相尖晶石粉。粉体比表面积为21.8m2g，粒径为0.1um，团聚体平均尺寸为5.2um，同时该法还可制备具有荧光特性的掺Cr3+尖晶石粉，只要在原料内加入Cr(NO33 6H2O 即可。该工艺的特点是省时、低温、节能、工艺参数易于控制，不仅可以制备均匀等计量尖晶石粉，还可以制备掺Cr3+超细粉，缺点是制备的粉体团聚尺寸较大。1.5影响合成镁铝尖晶石原料烧结
27、性的因素1.5.1添加剂许多研究者采用添加剂来提高尖晶石合成原料的致密化程度。Sarkar 分别用 T iO2、Cr2O3、 B2O3和 V2O5为添加剂，分析了添加剂对合成尖晶石原料烧结性的影响。结果表明 :T iO2对促进镁铝尖晶石烧结过程中的致密化效果最好，Cr2O3也有一定的促致密化效果，B2O3和 V2O5对镁铝尖晶石烧结过程中的致密化有不利的影响。 T iO2的固溶与 Al2O3从尖晶石结构中的脱溶，使 T i4+占据在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用尖晶石晶格中Al3+的位
28、置上，导致空位的产生，促进了原子的扩散和物质的迁移，有利于镁铝尖晶石的致密化。加入Cr2O3可提高不同组成的尖晶石的密度,因为 Cr3+固溶于尖晶石中产生晶格空位，有利于烧结。但考虑到铬公害，建议不采用 Cr2O3为添加剂。 Ghosh采用 ZnO 作为添加剂，在1550-1600 范围内烧结合成尖晶石。结果表明，当加入0. 5 % ZnO 在 1500 烧结时，合成尖晶石的相对密度可达到99 %。1.5.2气氛关于尖晶石形成与烧结的研究大多是在空气气氛下进行的。近年来，耐火氧化物材料在强还原性气氛下的形成和稳定性越来越受重视。Mazzoni 研究了 3种气氛 :空气( pO2= 0. 021
29、 MPa 、 CO - CO2 混合气体 ( pO2约为 10 - 11MPa和纯 CO 气体( pO2约为 10 - 16MPa对化学计量的尖晶石、富镁尖晶石和富铝尖晶石的影响。还原性气氛导致镁挥发，但是并不影响尖晶石在1300 形成。富镁尖晶石在空气中烧结有较高密度，在CO 气氛下，由于镁的挥发，结构中存在微气孔，其中大部分是贯通气孔，且大颗粒含有晶内气孔。而富铝尖晶石在还原性气氛下最稳定，密度几乎不变。1.5.3成型方法和成型压力热等静压 (HIP成型对获得完全致密的具有精细结构的材料是一种有效方法，它可以有效地降低材料的致密化温度。Berclin 采用 HIP 法，在 150 MPa
30、氩气压力和 1623-1723 K 合成精细尖晶石陶瓷，最终产物的密度主要依赖于HIP温度而不是生坯密度。另外，在一定温度范围内，成型压力增加，有利于物料较致密地结合，也有利于镁铝尖晶石的合成。1.5.4原料的活性原料活性在很大程度上影响了尖晶石生成反应的难易程度和尖晶石的密度。不经煅烧的原料有较高的活性，反应较剧烈，生成的尖晶石致密度较差。经煅烧的原料活性差，反应慢，但是提高了反应产物的密度。Tripathi 等人研究了 MgO 的活性对镁铝尖晶石烧结性的影响。虽然轻烧镁砂比烧结镁砂颗粒尺寸小，表面积大，生成镁铝尖晶石过程中致密化速率快，但结镁砂(1800煅烧 与 Al2O3 反应得到的镁铝
31、尖晶石有更高的密度。Sarkar等在研究 Al2O3的活性(在 800 1600 煅烧 对富铝尖晶石和富镁尖晶石烧结性的影响时发现，随精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用Al2O3煅烧温度和合成烧结温度的提高，得到的镁铝尖晶石的体积密度增大，而且 Al2O3活性对富铝尖晶石密度的影响更大。但采用1600 煅烧的 Al2O3时，由于 Al2O3惰性太大，得到的镁铝尖晶石的体积密度稍微下降。另外，较慢的煅烧速率在降低原料活性的同时也降低了其颗粒的尺寸，有利于尖晶石致密化。另外，在一定条件下，物料
32、越细，烧结性能越好。提高烧结温度和延长保温时间对于提高镁铝尖晶石的体积密度和降低气孔率都有好处。1.6镁铝尖晶石材料的性能1.6.1 力学性能Bhaduri 研究了纳M 尖晶石及其复合材料的显微结构与力学性能。试样的常温硬度为 7. 79 GPa，这比一般的粗颗粒尖晶石的硬度(12. 7 GPa低。断裂韧性为 5. 82 MPa m1/ 2 为一般尖晶石材料的两倍以上。纳M 尖晶石及其复合材料在 1000 时出现明显的扩散蠕变现象，在1000 以上时硬度也开始降低，这可能是由于纳M 级晶粒有利于材料的超塑变形。Beclin 也验证了纳 M 级晶粒有良好的超塑变形。1.6.2热震稳定性镁铝尖晶石
33、有很好的热震稳定性，当加入1 % ZnO 时，其热震稳定性提高，8 次热循环后 (从 1000 高温中取出，放入空气中骤冷，强度几乎不变，仍在 200 MPa以上1.6.3抗渣性随着钢铁生产技术的进步和二次精炼技术的发展，尖晶石材料在钢铁工业中的应用越来越广泛，不同组成的尖晶石对不同组成的钢渣的抗侵蚀性就显得较为重要。 Cho研究了 Al2O3含量(质量分数 分别为 47 %、 69 %和 94 %的富镁、化学计量和富铝尖晶石抗CaO - Al2O3- SiO2 渣的侵蚀性，结果表明 :富镁尖晶石有较好的抗渣侵蚀性，在渣- 耐火材料界面上生成的MgO(Al ，Fe 2O3复合尖晶石层的量与尖晶
34、石中MgO 含量成正比，它抑制了渣的直接侵蚀。富铝尖晶石有良好的抗渣渗透性，耐火材料中的Al2O3和渣中的 CaO 反应，在渣- 耐火材料界面上生成Al2O3 - CaO 化合物，可以抑制渣尤其是高 CaO/ Al2O3比的渣的进一步渗透。 Sarpoolaky在 Al2O3- 尖晶石和 Al2O3- MgO 浇注料的抗渣精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用实验中发现， Al2O3- MgO 浇注料中原位生成的尖晶石吸收渣中 Fe2O3和 CaO的能力是合成尖晶石的 35 倍。由于原位尖晶石
35、较细，分散均匀，且生成二次尖晶石时伴随体积膨胀，所以在整体膨胀受约束的状态下，材料的结构较为致密，提高了耐火材料的抗渣性。尖晶石粒度也影响浇注料的抗渣性。在铝尖晶石浇注料中，对于高碱度渣，尖晶石颗粒加入量较多的浇注料的抗侵蚀性好。对于低碱度的渣，尖晶石细粉加入量较多的浇注料的抗侵蚀性和抗渗透性均较好1.7 本课题的目的、意义与主要内容1.7.1 目的和意义以上合成镁铝尖晶石的方法大致可以统括为两种，固相反应法和湿化学法，前者合成温度高，保温时间长，合成成本高，后者工艺流程复杂，设备昂贵，对原料纯度要求过高。近些年来，另外一种低温、经济的合成方法“ 熔盐合成法” ，逐渐开始引起人们的广泛兴趣。该
36、法的主要特点是利用一种低温熔盐作反应介质来实现复合氧化物粉体的低温合成。由于氧化物在熔盐里有一定的溶解度，从而可使反应物在分子、原子级别上进行均匀混合。另外，由于液相介质的存在，使有关扩散过程得以在液相中进行，从而加快了扩散速度。由于这些原因，熔盐合成法可有效地降低反应温度以及缩短反应的时间。除此之外，合成的粉体由于分散在熔盐里，有效地避免了粉体之间的团聚及烧结，因而最终可得到高活性、高分散性的粉体材料。采用熔盐合成法不仅仅降低了反应温度，缩短了反应周期，简化了合成过程，而且还可以有效的控制粉体的粒度和形状。一个世纪以来，熔盐法在工业上有着广泛的应用，人们已经成功合成了诸如 PZT-PMN-P
37、MS、LiCoO2、SNB、KSr2Nb5O15、SrTiO3以及复杂的锂锰氧化物等性能优良的陶瓷材料。显示了熔盐法在材料合成领域里巨大的潜力和优势。谢菲尔德大学的张教授首次利用氯化物做熔盐在低温下合成了纯镁铝尖晶石，开辟了合成镁铝尖晶石的又一崭新的途径，从理论和实践上证实了熔盐法的可行性，本课题是基于其研究成果上进行的拓展和延伸，迈出从实验走向工业应用的第一步。1.7.2 本课题的研究内容1）研究合成试样的物相组成。2）研究合成试样的晶体形貌，尺寸。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用3）
38、探明以MSS 法合成镁铝尖晶石的主要影响因素反应温度，保温时间，原料粒度，熔盐种类），为在低成本下合成具有广泛用途的尖晶石粉体原料提供理论基础。4）研究各种合成条件对物相、晶体形貌、晶粒大小的影响，探讨合成反应的反应机理。第二章实验方案2.1 实验原料2.1.1原料组成本次实验原料采用的是高铝矾土和轻烧 MgO 2.1.2原料处理方法高铝矾土和轻烧MgO 分别用球磨罐放在行星球磨机上湿磨、综合热分析仪 、能谱分析仪EDS，EDAX ， PHOENIX ）2.3实验步骤将湿磨后的原料分成五种粒度如表 2.3 所示）作为实验原料进行干燥处理；根据 Al2O3和 MgO 在原料中的含量，选取 MgO
39、 与 Al2O3摩尔比为 1：1化学计量比）进行配料，分别用LiCl 、KCl 和 NaCl 作为熔盐与起始原料按照质量比 令 M 盐/M 原料=R）为 3：1 在球磨机上混磨 20min；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用磨好后置入刚玉坩埚，放入中温炉依次从 900到 1150保温 1-4h；冷却后取出，用煮沸的蒸馏水洗涤样品7-8 次，过滤，直到无剩余Cl- 进行物相分析；b）用综合热分析仪 观察成品的形貌与晶体结构；e）用能谱分析仪 :240 2422 李小明 ,杨志红 .自分散低温
40、烧成镁铝尖晶石制品的研究.陶瓷工程 ,1997，31 (1 :6 9 3242NAIHUO CAI LIAO / 耐火材料 2004， 38 ( 5 3473494 丰文祥 , 张三华 , 钟香崇 . 不同组成尖晶石对MgO - 尖晶石浇注料性能的影响J. 耐火材料 , 2000, 34 (2: 69-73. 5 韩斌 , 王会先 . 尖晶石粒度对高纯刚玉- 尖晶石浇注料性能的影响J.耐火材料 , 2002, 36 (4: 187189.6 王金安，李承烈，戴逸云，等J物理化学学报，1994，10(7：581-5847 Wang JinAn，Chen Li Fang，et a1JJ Mater
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