用矾土和轻烧氧化镁合成矾土基复相材料的研究

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中国的铝矾土和菱镁矿储量居世界首位,品位位于前列。但是,由于不合理开采和利用,及铝行业的快速发展,使我国的矾土原料日趋紧张。充分利用有限的矾土资源,发展优质合成原料,应成为今后技术发展的方向。将两相或多相材料复合,可充分发挥材料的综合性能。矾土基复相材料就是以矾土为主要原料,加入其他有益氧化物,通过一系列工艺,形成的多相材料。本文初步探讨了在不同等级的矾土中加入MgO的物相变化规律,在此基础上研究以矾土和轻烧氧化镁为原料制备矾土基复相材料,并对矾土基复相材料的常温性能和高温性能进行了初步研究。  本工作选择在Al2O3含量为60%、70%、80%的均化过的生矾土(即60、70、80矾土)中加入MgO(MgO以轻烧氧化镁的形式加入),进行了一系列多个配方、多个热处理温度的试验,并用 X射线衍射仪对烧后试样的物相组成进行分析。实验结果表明,在80矾土中加入5%-25%MgO的试样烧后的主晶相分别是刚玉和镁铝尖晶石或者仅有镁铝尖晶石;MgO加入量为30%时,主晶相为镁铝尖晶石和镁橄榄石。在70矾土中加入5%-30% MgO后,试样的物相组成在MgO-Al2O3-SiO2三元相图处于△Al2O3-A3S2-MA、△MA-M4A5S2-M2A2S5、△MA-M2S-M2A2S5三个相区中。60矾土中加入5%-30%的MgO,试样的物相组成落在△M2A2S5-A3S2-MA、△A3S2-M4A5S2-M2A2S5、△M2A2S5-MA-M4A5S2、△MA-M2S-M2A2S5四个相区中。这说明以矾土和轻烧氧化镁为原料有可能合成多种复相材料。  通过控制原料配比和调整煅烧制度,制备了几种复相材料,分别是:在60矾土中加入5%的MgO(试样B60M5),在1300℃保温6h煅烧(B60M5L),制备莫来石-堇青石复相材料;在1450℃煅烧(B60M5H),可以制备出莫来石-镁铝尖晶石复相材料。在70和80矾土中加入30%的 MgO(试样 B70M30和B80M30),分别在1450℃和1500℃保温3h煅烧,制备镁铝尖晶石-镁橄榄石复相材料。在70矾土中加入25%的MgO(试样B70M25),在1300℃保温6h煅烧和在60矾土中加入20%的MgO(试样B60M20),在1300℃保温3h煅烧,制备出镁铝尖晶石-堇青石复相材料。  用扫描电镜观察烧后试样的显微结构,并初步检测了复相材料的常温性能和高温性能。作为对比,选择烧结莫来石和堇青石细粉以75:25的比例混合,也在1300℃保温6h煅烧(试样0#)。结合显微结构和各项性能分析可知:对于莫来石-堇青石复相材料来说,试样B60M5L与参照试样0#相比,性能相差不大;对于镁铝尖晶石-镁橄榄石复相材料来说,试样B80M30晶体发育完整,晶体间直接结合程度高,且非晶相少,与试样 B70M30相比,性能相对较好;对于镁铝尖晶石-堇青石复相材料来说,试样B70M25结构致密,晶体发育完整且分布均一,试样B60M20中的晶粒小且发育不完整,但由于试样B60M20中的堇青石含量较高,热震性能较好;用试样B60M5H合成的莫来石-镁铝尖晶石复相材料的高温性能相对较好。
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