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氧化铝陶瓷
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刚玉的分类、结构组成及制备工艺
发布时间:2022-01-18 22:42:37 来源:bob综合体育下载
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  刚玉质耐火资料也可称为氧化铝耐火资料,一般是指Al2O3含量大于98wt.%的耐火资料,其主晶相为α-Al2O3,是高熔点氧化物中最为老练、开发最早、用处最广的耐火资料。刚玉质耐火资料的使用根本覆盖了一切的高温工业范畴,如黑色冶金、有色锻炼、水泥工业、玻璃工业和煤化工范畴的各类窑炉等。

  刚玉质耐火资料品种繁复,传统的刚玉质耐火质料有白刚玉、板状刚玉、亚白刚玉、细密刚玉、棕刚玉和铬刚玉等。上述五种刚玉的典型技能特征如表1所示。其间白刚玉是以工业氧化铝或煅烧氧化铝为质料熔融、冷却而得的产品,因质料自身的特性导致白刚玉的气孔率较高,且包含较多的关闭气孔;细密刚玉以工业氧化铝为质料,参加一些外加剂在电弧炉中熔炼而成,其特点是细密度较高;棕刚玉是以高铝矾土轻烧料为质料,增加少数碳和铁屑于电弧炉中熔炼而成;亚白刚玉一般又称为矾土基电熔刚玉,它是以一级或特级矾土为质料,参加复原剂等经高温熔炼而成,上述四种刚玉均以电熔法制得。除此之外,还有烧结法制的刚玉质料,如板状刚玉。烧结刚玉是以工业氧化铝为质料,经高温煅烧制得的低气孔率氧化铝。

  除上述以Al2O3为首要组成取得的刚玉质料外,因Cr2O3和Al2O3具有相似的晶体结构,两者能够构成结构安稳的铝铬固溶体,一般称之为铬刚玉。铬刚玉依据所含氧化铬含量的不同分为三类:宝石级、磨料级和耐火级铬刚玉。其间宝石级铬刚玉和磨料级铬刚玉不使用于耐火资料范畴,耐火级铬刚玉为耐火资料范畴高功能耐火质料,其Cr2O3含量的散布比较广泛,一般为3~70wt.%,但依据实践使用需求会相应扩展,以便取得预期的执役作用。上述三种铬刚玉的功能如表2所示。

  刚玉晶体结构属三方晶系,为R3c空间群,刚玉晶体属三方晶系,可取菱面体晶胞和六方晶胞,菱面体边长为a=0.517nm,其平面角为α=55°17’,每个晶胞包含Z=2个分子,即10个离子。刚玉晶体结构能够当作O2-离子按六方严密堆积摆放,即ABAB……两层重复型,而Al3+填充于2/3的八面体空地中。

  有文献指出,Al2O3和Cr2O3发河待生固溶反响依据Al2O3和Cr2O3份额的不同,可使X射线衍射图谱中最高衍射峰产生克量内偏移,本课题经前旁却研讨也证明了上述发现,一起提出了使用最高衍射峰偏移量判别铝铬固溶体中氧化铬的固溶份额,一起给出了核算方程式。

  氧化铝有多种同质异晶体,其间包含α、b、γ、γ′、δ、ζ、ε、θ、h、H、c、和r等,一般能够以为ρ-Al2O3、χ-Al2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、ε-Al2O3和H-Al2O3实践上是Al(OH)3在加热进程中的过渡相,而α、β和γ是其间最首要的3种。氧化铝的晶型结构不同其性质也不同,外界条件改动时,晶型会产生改变。刚玉的制备进程即为将不同晶型的氧化铝改变为α-Al2O3晶型并产生晶粒长大的烧结进程。

  刚玉质耐火资料的制备所用的质料一般有工业纯氧化铝、高纯度氧化铝、烧结氧化铝等,一起对纯度要求不高的刚玉质耐火资料也可选用高铝矾土轻烧料或特级矾土等。不同的刚玉制品选用不同标准和不同品种的质料。

  本课题研讨进程中,选用铝铬渣熔融碳化复原法制备电熔刚玉,因其制备工艺流程同棕刚玉相似,特于本末节介绍棕刚玉的锻炼工艺。棕刚玉的锻炼工艺流程如图2所示。棕刚玉是用高铝矾土熟料、炭素资料、铁屑三种质料,按必定份额混匀后参加电弧炉中,于熔融状态下产生一系列反响,冷却后结晶成的棕褐色熔块,其首要化学成分是Al2O3,含量为94.5~97%。锻炼工艺原理首要使用了铝比铁、硅、钛等元素对氧的亲和力强的特性,经过操控复原剂的配入量,完成系统中各组分的可控复原,使铝矾土中的杂质组分被复原,并生成硅铁合金与刚玉熔液别离,然后取得Al2O3含量大于94.5wt.%的棕刚玉。

  用高铝矾土直接锻炼刚玉,一般对高铝矾土的成分和粒度有较高要求,其间粒度不易过大,一般操控在10~25mm。将高铝矾土、碳质质料和铁屑等混合均匀,置于电弧炉中,于1800~1900℃温度范围内进行复原反响,将杂质元素复原成金属单质,并以沉积或气态的方式从系统中别离,终究构成Al2O3为主成分,刚玉为主晶相的电熔棕刚玉产品。

  棕刚玉的锻炼包含四个阶段,分别为开炉阶段、熔炼阶段、操控阶段和精粹阶段,其间熔炼阶段约占锻炼总时长的80%以上,此阶段的首要意图是将炉料高温熔化成液态,使复原反响愈加充沛,反响产品的别离愈加完全。