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我国高铝矾土烧结后的相组成及显微结构特点

发布日期: 2020-12-01 15:17:36    阅读量(382)    作者:

我国D-K型铝矾土烧后的主要矿物为α-Al2O3、莫来石和玻璃相,随Al2O3含量的变化,各个相含量的变化如下图所示:

图1D-K型铝矾土烧后的各相量随Al2O3含量的变化

钟香崇根据大量的实验研究及我国矾土的特点,用一元回归法推导出我国DK型矾土烧后相组成与烧结高铝矾土中Al2O3含量的关系:

当Al2O3>69%则MH=343.8-3.76A;CH=-239+3.6A;GH=-4.21+0.1523A

当Al2O3<69%则ML=0.52+1.169A;CL=-15.91+0.4377A;GL=116.27-1.604A

式中:A:烧结高铝矾土中Al2O3含量(%);M:莫来石含量(%);C:刚玉含量(%);G:玻璃相含量(%);H:当Al2O3>69%时的计算公式;L:当Al2O3<69%时的计算公式。

上述两组公式的适用范围为Al2O3含量在50%以上,TiO2<4%,Fe2O3<3%,CaO+MgO<0.6%,K2O+Na2O<0.3%。公式中常数项包括正常范围的杂质因素,但是杂质含量对玻璃相形成量有明显影响,尤其是K2O和Na2O的影响较大。因此,当矾土的杂质含量较低时,运用公式计算得出的玻璃相含量的数值要比实际数值偏高;反之杂质含量较高时(指接近适用范围的高值)计算玻璃相含量的数值要偏低。运用这两组公式来推算DK型高铝矾土的相组成是简便可行的,对于评价矾土原料有一定的实际意义。

高铝矾土的玻璃相特征如下表2:

从表中可以看出,特等和I等矾土玻璃相含量不高,玻璃相组成中Al2O3/SiO2比高,SiO2低,TiO2高,玻璃相在高温下可能流动性较大,有利于烧结,但不利于高温力学性能。

Ⅱ等矾土玻璃相含量较低。玻璃相组成中SiO2含量中等,TiO2含量不高,玻璃相可能流动性不大,不利于烧结,但有利于高温力学性能。

Ⅲ等矾土玻璃相含量较多(>20%)。玻璃相组成中SiO2高,杂质不多,但因玻璃量多,有利于烧结,不利于高温力学性能。

表2我国高铝矾土的玻璃相特征(wt.%)

高铝矾土的结晶相特点:

结晶相的化学成分中[30],Al2O3、SiO2、TiO2和Fe2O3四种氧化物的含量达到99.7%以上。一般(Al2O3+SiO2)的合量都在96%左右,而Al2O3/SiO2比都在3以上,而且有随着矾土Al2O3含量的增加而上升的趋势;当矾土中Al2O3大于70%时尤为明显。因此,各等矾土熟料结晶相的组合可以看作是Al2O3-SiO2-TiO2-Fe2O3四元系在富余Al2O3区域的化合物及其固溶体。另外,一般结晶相Al2O3/SiO2比随高铝矾土Al2O3含量增加而增加;一般烧结高铝矾土中刚玉含量随Al2O3增加而增加,莫来石含量初始随Al2O3增加而增加,至Al2O3含量为70%时达到最大,其后又随Al2O3增加下降,如下表1-3:

表3我国各级矾土的莫来石及刚玉含量(wt.%)

至于TiO2和Fe2O3在莫来石和刚玉中的固溶关系,从X射线衍射分析测定高铝材料里的莫来石和刚玉的晶面间距(d值)的结果可以看到,与纯莫来石和刚玉相比,莫来石d值增加较为明显,而刚玉d值变化不大;这说明莫来石固溶了较多的TiO2和Fe2O3。

高铝矾土的显微结构特征:

1、特等和Ⅰ等烧结矾土矿物组成主要为粒状刚玉(50%~80%);还有一定量的莫来石(10%~35%)和少量的钛酸铝固溶体(2%~5%);玻璃相含量不高(6%~10%),随意分布于晶间。可以观察到明显的刚玉和莫来石晶体之间的直接接触。

2、Ⅱ等烧结矾土含有较多发育良好的莫来石(65%~85%)及一些刚玉集合体和少量的玻璃相(4%~6%)。它的结构特征是晶体之间的直接结合程度相当高,而且形成连续的连锁交错网络结构;玻璃相大部分填充在网络结构的空隙之间。

3、Ⅲ等烧结矾土实质上是由埋置于连续玻璃基质中的细小莫来石晶体所组成;有些刚玉细晶任意分布在基质里。晶体之间基本没有直接接触。

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