刚玉-铝酸镧复相材料的制备与性能研究

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刚玉材料具有熔点高、硬度高、化学性质稳定、耐腐蚀等优良性能,但其韧性较差、热导率高、难于烧结。六铝酸镧和镁基六铝酸镧具有导热系数低、热膨胀系数高、抗氧化性强、高温结构稳定和热化学稳定等特点。为了改善刚玉材料的性能,本研究将铝酸镧作为第二相引入到刚玉材料中,系统地研究了铝酸镧的制备、铝酸镧对刚玉烧结行为的影响、刚玉-铝酸镧复相耐火材料的断裂行为和热震稳定性。研究的结果表明:  采用低温固相法制备出了含有La-O-Al键络合物的LaAlO3前驱体,将其煅烧到700℃开始形成LaAlO3相,随着煅烧温度的升高晶粒逐渐长大,粉体的粒径逐渐减小;六铝酸镧前驱体煅烧到1300℃开始生成片状的六铝酸镧,在1500℃合成了纯相的六铝酸镧粉体;镁基六铝酸镧晶体在1300℃开始生成,随着煅烧温度的升高获得粉体的粒径逐渐增大。  在氧化铝中添加少量的氧化镧和氧化镁时,能够促进其烧结;引入的La2O3和MgO一部分以La3+(或者La3+、Mg2+)的形式固溶到Al2O3晶格中引起晶格膨胀,另一部分与Al2O3反应生成片状结构的六铝酸镧(或者镁基六铝镧),位于氧化铝的晶界处。  六铝酸镧以La2O3、 LaAlO3和预合成的六铝酸镧三种引入方式对氧化铝烧结行为有一定的影响,其中以LaAlO3方式引入时,材料的致密化程度相对较高;在氧化铝中原位生成镁基六铝酸镧相能促进烧结,其中以氧化镧和碱式碳酸镁方式引入时,材料的致密化程度相对较高和晶粒发育较好;在氧化铝中生成六铝酸镧或者镁基六铝酸镧相降低了材料的导热系数,且随生成量的增加逐渐减小。  在刚玉耐火材料中原位生成片状六铝酸镧和镁基六铝酸镧通过增加裂纹的扩展路径和穿晶断裂,使得材料的常温抗折强度提高了23.2~33.2%,高温抗折强度增加了34.5~68.6%。六铝酸镧和镁基六铝酸镧的形成降低了材料的导热系数,增加了材料的弹性模量,使刚玉耐火材料的抗热震性能有所改善。
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