复合形核剂对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系玻璃陶瓷微观结构与力学性质的影响

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热处理工艺对CaO—MgO—Al2O3-SiO2浮法微晶玻璃性能的影响

ｅ
７２０
３０
９００
３０
ｆ
７００
ｇ
７００
１Ｏ６０
９００９０Ｏ
１０６０
２结果与讨论２．１抗折耐磨性
热处理的试样根据规定进行抗折和耐磨性测试，测试的数据进行处理分析后如图２所示，分析图２可知，ＣＭＬＳ微晶玻璃的抗折性和耐磨性比较高，微晶玻璃抗折性能越高，微晶玻璃越耐磨，其耐磨性就越好，磨损量就越少，耐磨度就越小，两者正如图２所示。
表１玻璃的不同热处理制度
样品核化温度核化时间晶化温度晶化时间
（℃ ）
（ｍｉｎ）
（℃ ）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（ｒａｉｎ）
ａ
７００
３０
９０Ｏ
３０
ｂ
７ｏｏ
３０
９１Ｏ
３０
Ｃ
７００
３０
９２０
３０
ｄ
７１０
３０
９００
３０
选取沙河玻璃研究院钙镁铝硅浮法微晶玻璃中
试线上样品，对玻璃样品进行切割，制成ｌＯＯｍｍ× １００ｍｍ×５ｒａｍ的标准试样，并用砂纸打磨光；同时制备玻璃样品的玻璃粉，用来差热分析测试。１．２差热分析
利用差热分析仪，以１０￣Ｃ／ｍｉｎ的升温速度分别对玻璃粉进行差热分析，得到的ＤＳＣ如图１所示。根据ＤＳＣ图可以分析玻璃的核化温度和晶化温度，由图１看出，试样在６９４．７￣Ｃ出现吸热峰，８９５．３℃出现放热峰。分析推测ＣＭＬＳ微晶玻璃体在放热峰温度点８９５．３℃可能有新晶相的形成。

CaO―Al2O3―SiO2系统微晶玻璃表面析晶机理分析

CaO― Al2O3 ―SiO2 系统微晶玻璃表面析晶机理剖析摘要：制备了以钼渣为主要原料，以TiO2， ZrO2 ，Cr2O3， ZnO 作晶核剂的微晶玻璃，研究了不一样晶核剂对微晶玻璃析晶的影响。

采纳SEM 、XRD 平剖析技术对CaO-Al2O3-SiO2 系钼尾矿微晶玻璃的表面容貌和析晶进行了商讨。

构造表示 ZnO、 ZrO2 、 Cr2O3 和 TiO2 均能促使玻璃晶化，对该系统 TiO2 作为晶核剂的成效最正确，主晶相为硅灰石。

重点词：钼渣；晶核剂；微晶玻璃为了能获取散布平均、整体析晶的微晶玻璃，以保证资料的优秀使用性能，除了要选择适合的玻璃构成外，还一定选择适合的晶核剂，迄今己有多种种类的晶核剂进入使用，其作用机理也各异。

CaO-Al2O3-SiO2 三元系统往常以为比较理想的晶核剂有 TiO2 、 Cr2O3 、 CaF2、 ZrO2 、 ZnO 等。

经过对结晶器内渣膜的察看发现，有些组分的固态渣膜内有气孔产生，产生的气孔将增大热阻，进而减小对铸坯传热，利于易裂钢种的冶炼，固态渣膜有优秀的传热性能，熔渣内不该有高熔点的晶体析出。

这因为晶体的析出会增大熔渣的粘度，使熔渣的润滑变差，铸坯可能出现纵裂，而且晶体的析出会降低熔渣的传热能力。

针对这一现象，固态渣膜气孔多、凝结温度低、液态渣膜厚的保护渣有助于控制渣膜的传热和促使铸坯的润滑，为找寻拥有这类功能保护渣，研究不同组分保护渣的凝结缩短性能显得很重要。

1实验方法本设计主要经过测试不一样氟含量、不一样碱度CaO-Al2O3-SiO2 保护渣系的结晶体、玻璃体的密度，评论不一样组分的保护渣凝结过程中的缩短状况。

同时联合与保护渣结晶性能有关的指标定性评论保护渣的凝结缩短特征。

将1300℃下的熔融渣，直接置于空气中，冷却后获取结晶体；将熔渣倒入油中，冷却后即获取玻璃体。

分别测定密度及体积变化率，并对结晶体和玻璃体在不一样冷却速度下进行对照试验。

晶核剂对Li_2O_Al_2O_3_SiO_2系微晶玻璃晶化过程和性能的影响

第26卷第5期硅酸盐通报V o.l 26 N o .52007年10月 BULLET I N O F THE C H I NESE CERAM IC S OC IETYO ctobe r ,2007晶核剂对Li 2O A l 2O 3Si O 2系微晶玻璃晶化过程和性能的影响赵莹,陆雷,张乐军,王浩(南京工业大学材料科学与工程学院,南京 210009)摘要:采用差热分析(DTA )、X 射线衍射分析(XRD )和扫描电镜(SE M )等分析手段研究了T i O 2和T i O 2+Z r O 2两种晶核剂对L i 2O A l 2O 3 S i O 2系微晶玻璃晶化过程和性能的影响。

结果发现,与采用T i O 2单一晶核剂相比,T i O 2+Z r O 2复合晶核剂后所得玻璃的析晶活化能E 降低,晶化指数n 加大,体积析晶趋势加大;当两种玻璃成核温度和时间相同,各自在最佳的晶化温度晶化后,均可得到纳米结构的锂辉石固溶体晶相,其中采用T i O 2+Z r O 2复合晶核剂样品的晶粒更细小,抗弯强度更高。

关键词:L i 2O A l 2O 3 S i O 2微晶玻璃;差热分析;晶核剂;晶化中图分类号:TQ171.1文献标识码:A文章编号:1001 1625(2007)05 0896 05E ffects of N ucleati on A gent on the Crysta llization and Properties ofL i 2O A l 2O 3Si O 2Syste m G l ass Cera m ics Z HAO Ying,LU L ei ,Z HANG L e jun,WANG H ao(Co ll ege ofM ateri als Science and Engineeri ng ,Nan ji ng Un i versit y ofT echnol ogy ,N an ji ng 210009,Ch i na)Abst ract :The e ffect of 4.5w %t T i O 2and 2w %t T i O 2+2.5w %t Zr O 2on t h e crysta llization and properti e sof Li 2O A l 2O 3 S i O 2syste m g lasses w as i n vestigated by the m ethod of differentia l ther m al ana l y sis (DTA ),X ray d iffraction (XRD )and the scann i n g electron m icroscopy (SE M ).The results show tha t w hen T i O 2+Zr O 2is used as nucleation agen,t the crysta llization activati o n energy E decreases and the Av ra m i exponent n increases co m paring sing le T i O 2is used as nuc leati o n agen.t The bu l k crystallization tendency of the g lass added w ith T i O 2+Zr O 2is larger than that of the g lass added w it h si n g le T i O 2.W hen heated at the m ost effective ther m a l schedu le ,the crysta llized phase is identified as spodu m ene solid solution in both g lass cera m ics and SE M observati o ns i n d icate that glass cera m ics sa m p le w ith T i O 2+Zr O 2have fi n er nano crystals w hich cou l d result i n a i n crease in the flexural streng t h .K ey words :L i 2O A l 2O 3S i O 2g lass cera m i c s ;d ifferential ther m a l ana l y sis ;nucleati o n agen;t crystallization 作者简介:赵莹(1980 ),女,硕士研究生.主要从事微晶玻璃材料的研究.E m ai:l s i ss i 1980sd @126.co m1 引言微晶玻璃是有一定组成的玻璃通过受控晶化制得的含有大量微小晶体和少量残余玻璃相组成的复合体。

Al2O3-Al复合材料的微观结构分析

熔铝氧化渗透合成SiCp/al203-al复合材料的微观结构分析崔岩，宋颍刚，张少卿（北京航空材料研究院，北京l00095）摘要：以低成本的熔铝氧化渗透合成新方法制备了SiCp/al203-al复合材料。

借助X光电子谱（XPS）、光学金相显微镜、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等手段研究了该种复合材料的微观结构，并分析了影响微观结构的主要因素及其影响规律。

结果表明，al203和al作为复合材料基体呈双连续分布，它们各自的含量可在较大范围内受SiC颗粒的粒度所控制。

在熔铝氧化渗透合成的SiCp/al203-al复合材料中，各组成相之间无界面反应，也无晶间相，al203在SiC颗粒表面二次形核并直接生长的现象普遍存在，并由此形成了具有良好物理冶金结合的al203-SiC一体化陶瓷骨架。

关键词：SiC颗粒；熔铝；氧化渗透；复合材料；微观结构中图分类号：TB333文献标识码：a文章编号：l005-5053（200l）04-0023-05与热压烧结等传统的陶瓷复合材料制备工艺相比，熔铝氧化渗透合成新技术具有极为显著的低成本优势：工艺温度低，适于在空气中进行，无需压力，构件致密化过程中基本不发生收缩；以廉价的铝合金锭为母材，无需超细、高纯氧化铝粉。

此外，还易于实现制品大型化及其近无余量制备，因此更具产业化潜力。

SiCp/al203-al复合材料则是熔铝氧化渗透合成新方法的成功典范［l~3］。

已有研究工作表明［4，5］，熔铝氧化反应渗透合成的SiCp/al203-al复合材料微观结构复杂、独特。

其相组成、相分布方式及相间界面特征等在很大程度上受工艺条件、工艺参数的控制，同时又都会对复合材料的性能产生显著影响。

但到目前为止，对该种材料微观结构的定量表征及系统的分析工作还很缺乏。

本文的目的则是深入揭示该种材料微观结构特征及其控制因素与控制规律，为实现其微观结构乃至性能的优化设计进而使之在某些应用背景下成为性能价格比最优的选材提供必要的依据。

复合晶核剂对混合玻璃体系制备微晶玻璃的影响

收稿日期：2021-02-27 作者简介：王语（1993—），女，硕士，研究方向：超硬磨料磨具。
第8期
复合晶核剂对混合玻璃体系制备微晶玻璃的影响
·127·
特点，能够增大周围原子的迁移率，从而加速玻璃分相，而分相可以使界面能减小，降低成核势垒，从而有利于晶体的析出［8］。
为了制备出低温烧结的微晶玻璃，本文将两种耐火度接近的玻璃料混合后进行烧结，两种不同的玻璃相使得混合烧结坯体相当于分相的状态，利用混合体系中已存的分相环境，同时添加一定的晶核剂辅助析晶，在混合玻璃系统中的相界面处析出晶体，从而制得微晶玻璃，增强了基础玻璃的强度；基础玻璃料的烧结温度在 800 ℃ 以下，保证了混合体系具有较低的烧结温度。
1 实验过程
以实验自制的 A、B 两种玻璃料为研究对象，耐火度分别为 710 ℃和 665 ℃，且在各自烧结温度下无晶体析出。实验以 ZrOCl2·8H2O 和 C8H15PO4分别作为 ZrO2和 P2O5 晶核剂的前驱体，探究了复合添加量、不同复合比例对混合玻璃体系析晶性能与力学性能的影响。
用于制备超硬磨具的陶瓷结合剂包括陶瓷、玻璃和微晶玻璃三种。其中，陶瓷的晶化温度和烧结温度较高，超过 800 ℃就再不适合用于制备金刚石磨具；玻璃的烧结温度较低，可以用来制备超硬材料磨具，但是玻璃结合剂较低的强度也限制了其在超硬磨具方面的应用［1］；作为陶瓷和玻璃的结合体，微晶玻璃具有母体玻璃的低熔点，同时微晶体的存在增强了微晶玻璃的强度，并使其具有更高的断裂韧性［2-3］，微晶玻璃能够很好地满足超硬磨具对结合剂的各项性能要求。
首先，按比例称取一定量晶核剂的前驱体，溶解于适量水或者无水乙醇中，可适当加热，促进溶解。然后，将 A、B 两种玻璃料以 1∶1 的质量比混合，加入前驱体溶液中，搅拌混匀后干燥，过 300 目筛网，压制样品条。通过对体系进行差热分析、耐火度及烧结点测试，确定各体系的烧结制度，然后对其进行烧结致密化处理，得到烧结样品条，进行 X 射线衍射分析（XRD，德国 Bruker AXS 公司 D8ADVANCE 型 X 射线晶体衍射仪）、抗弯强度测试（美特斯工业系统有限公司 CMT 6104 型万能材料试验机）和扫描电镜分析（SEM，美国 FEI 有限公司 INSPECT F50 型扫描电子显微镜）。

晶核剂对CaO-Al2O3-SiO2系钼尾矿玻璃晶化行为的影响

晶核剂对CaO-Al2O3-SiO2系钼尾矿玻璃晶化行为的影响作者：魏宇宏来源：《城市建设理论研究》2013年第13期摘要：制备了以钼渣为主要原料，以TiO2，ZrO2，Cr2O3，ZnO作晶核剂的微晶玻璃，研究了不同晶核剂对微晶玻璃析晶的影响。

采用SEM、XRD等分析技术对CaO-Al2O3-SiO2系钼尾矿微晶玻璃的表面形貌和析晶进行了探讨。

结构表明ZnO、ZrO2、Cr2O3 和TiO2均能促进玻璃晶化，对该体系TiO2作为晶核剂的效果最佳，主晶相为硅灰石。

关键词：钼渣；晶核剂；微晶玻璃中图分类号：O753+.1 文献标识码：A 文章编号：引言：为了能得到分布均匀、整体析晶的微晶玻璃，以保证材料的良好使用性能，除了要选择合适的玻璃组成外，还必须选择合适的晶核剂，迄今己有多种类型的晶核剂进入使用，其作用机理也各异。

CaO-Al2O3-SiO2三元系统通常认为比较理想的晶核剂有TiO2、Cr2O3、CaF2、ZrO2、ZnO等。

1、实验方法实验原料为葫芦岛杨家杖子钼矿尾矿，本体系属于CaO-Al2O3-SiO2系，经过优化配比，最后钼渣的掺入量定为90%，在此基础上分别加入不同量的TiO2，ZrO2，Cr2O3，ZnO作晶核剂，将混合均匀的配合料放在石墨模具中，在1480℃熔化并均化2h，经过高温成型、在500℃保温1h退火。

退火后的样品分别按DTA曲线上的成核峰温度和析晶峰温度进行微晶化热处理。

2、结果与讨论图1显示含有晶核剂的CaO-Al2O3-SiO2系钼尾矿微晶玻璃的表面形貌。

从图1可以看出，不同晶核剂的CaO-Al2O3-SiO2系钼尾矿微晶玻璃的表面形貌是不同的。

由于加入玻璃中的阳离子的价电不同、半径不同、晶体结构不同，进入玻璃网络中使[SiO4]四面体在结构中结合排列方式不同，从而导致微晶玻璃中不同的表面形貌。

图1（a）～（h）分别列出了ZnO、ZrO2、Cr2O3和TiO2四种晶核剂不同含量的扫描照片，从中可以看出ZnO和TiO2是较理想的晶核剂，图1（a）、（b）、（g）和（h）的图中晶粒数量较多，分布较均匀，结构致密，有序程度和析晶的完整程度较理想。

MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃晶化行为和力学性能

维普资讯
第２９卷第５期
２００６年ｌ月０
山东陶瓷
ＳＨＡＮＤ０ＮＧＣＥＲＡＭＩＣＳ
Ｖｏ．９Ｎｏ５１２．
Ｏｃ．２０ｔ０６
・
科学实验・
文章编号：０— ６９２０）５０００１５０３（０６００４０３
化炉中保温４化，化后的玻璃熔体快速浇铸ｈ熔熔
到温度约６０的钢制模具中，６０Ｃ退火炉中０℃ 在５￣
保温５，ｈ随炉冷却至室温，得到基础玻璃。
将基础玻璃粉碎研磨至小于９／的粉体，０ｍ２
富，利用炉渣和矿渣等固体废弃物，此，可因近年来该系统微晶玻璃的开发研究引起了各国科研人
作为复舍晶核剂生成的微晶玻璃的晶化行为进行了研究，并讨论了热处理工艺与晶化行为、力
学性能之间的关系。结果表明：随温度升高，玻璃中依次析出镁铝钛酸盐、蓝宝石、假尖晶石、ａ
一
堇青石、火辉石等晶体。材料力学性能取决于热处理工艺，８０、ｈ和１９℃ 、ｈ处顽经０℃ ２１０ｌ
将玻璃在一定温度下处理，后研磨成小于然
微晶玻璃在机械、学工程等耐磨、化耐腐蚀结构件
上的使用范围，开展了以矿物为主要原料，备晶制
粒细小且结构均匀的耐磨铝硅酸盐微晶玻璃的研究。微晶玻璃的制备是受控晶化的过程，了能为

不同MgO_Al_2O_3的LMAS系微晶玻璃的显微结构和性能的研究

26│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2010(46)第 2 期26│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2010(46)第 2 期【摘要】：采用DSC，XRD，SEM，TEC 等测试方法，研究了不同MgO/Al 2O 3对LMAS 系微晶玻璃的晶相成分，微观结构和热膨胀性能的影响。

研究表明：700℃晶化时，晶相主要β-石英固溶体和β-锂辉石固溶体，且热膨胀系数较大；850℃晶化时，晶相为单一的β-锂辉石固溶体，热膨胀系数较小，但是晶粒尺寸较大，晶相含量高。

同时发现：随着MgO/Al 2O 3的增大，热膨胀系数减小。

【关键词】：MgO/Al 2O 3，热膨胀系数，晶相，微晶玻璃中图分类号:TQ171.73+3 文献标识码:A引言微晶玻璃[1]是上世纪50年代中期发明的新型玻璃，是通过加入晶核剂等方法，经过热处理过程在玻璃中形成晶核，再使晶核长大而形成的均匀多晶材料。

Li 2O-MgO-Al 2O 3-SiO 2系微晶玻璃具有易熔，透明，热膨胀系数低，高强度和化学稳定性优良等特点，作为低膨胀材料得到广泛应用。

目前Li 2O-Al 2O 3-SiO 2系微晶玻璃的研究较为成熟。

然而，LAS 系统微晶玻璃熔制温度高[2](通常高于1650℃)，熔制时间长，高温粘度大，使熔制和成型工艺都十分困难。

为了解决这一问题，国内外对各类助熔剂进行深入的研究，希望找到合适的助熔剂。

目前，通常采用的助熔剂有：Na 2O、K 2O 和B 2O 3，但这几类助熔剂对LAS 微晶玻璃性能产生很大的影响，不是降低了微晶玻璃的透过率，就是提高了微晶玻璃的热膨胀系数。

武汉理工大学的程金树[3]等人采用MgO 和ZnO 作为复合助溶剂，研究了MgO 和ZnO 的引入比例对微晶玻璃的熔制和性能的影响。

Omar A.Al-Harbi [4]研究了不同晶核剂对Li 2O-ZnO-MgO-Al 2O 3-SiO 2系微晶玻璃热膨胀系数的影响。

CaO-MgO-Al2O3-SiO2系浮法微晶玻璃结晶度与性能的研究

（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆＳｏｉｌｉｃａｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ，
４３００７０；２．ＨｅｂｅｉＳｈａｈｅＧｌａｓｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕ，Ｓｈａｈｅ０５４１００）
．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣａＯ— ＭｇＯ— Ａ１２０３－ＳｉＯ２ｓｙｓｔｅｍｂｕｉｌｄｉｎｇｇｌａｓｓ — ｃｅｒａｍｉｃｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｌｏｆａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ
武汉市０５４１００）
４３００７０；沙河市针对ＣａＯ — ＭｇＯ－Ａ１０，－ＳｉＯ：系建筑微晶玻璃，在组成不变的情况下，通过改变晶化温度，得到了不同性能的微晶玻
璃。采用ＸＲＤ衍射仪、分光测色仪、光泽度仪和偏光显微镜对微晶玻璃的性能进行分析。结果显示，随着晶化温度的升
ｇｌｏｓｓｍｅｔｅｒａｎｄｐｏｌａｒｉｚｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ

热处理对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃组织及表面耐磨性的影响

热处理对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃组织及表面耐磨性的影响樊星;苏柳梅;胡双;郑峰【摘要】对博德精工提供的商用CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃一陶瓷复合板进行热处理.通过DSC分析确定热处理温度为980℃(析晶峰值温度).保温10min 时釉层中析出大量新微晶,结合XRD和EDAX分析结果,确定新微晶相为长石、透辉石和硅酸锆.用扫描电镜(SEM)对样品表面进行形貌观察发现,经过980℃/10 min 熟处理后,长石在不连续链状分布的氧化锆晶体周围成片状析出,透辉石主要在釉层表面析出,和长石一起在釉面形成厚约20 μm的致密析晶层,使釉面的维氏显微硬度从热处理前的6.5 GPa提高到7.5 GPa(提高15％),改善了釉面的耐磨性能.升高热处理温度有利于提高釉面硬度；在980℃下保温时间对釉面硬度的影响不大.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2011(016)004【总页数】7页(P498-504)【关键词】微晶玻璃;热处理;析晶;表面硬度【作者】樊星;苏柳梅;胡双;郑峰【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;湖南省冶金材料研究所,长沙410014;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TU5620世纪60～70年代微晶玻璃进入建筑装饰市场，逐步取代大理石、花岗岩等天然装饰材料，广泛应用于各种公共场所。

微晶玻璃在陶瓷工业中的重要性，使它得到了快速的发展。

与传统玻璃釉相比，微晶玻璃釉机械强度高，硬度大，耐磨性能好，耐化学腐蚀性能优异[1-3]。

CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃在建筑装饰市场得到广泛应用的同时，国内外研究人员从不同角度探讨了如何提高微晶玻璃的力学性能。

Bijan Eftekhari Yekta[2]、Tomohiro Toya[4]、Gamal A. Khater[5]等制备的透辉石、透辉石－钙长石、辉石－长石－镁橄榄石基微晶玻璃的维氏显微硬度分别达到 7.3、7.4～7.6和8.8～10.1 GPa，但获得这类高硬度的微晶玻璃需要在形核和生长温度下处理较长时间，不利于工业生产。

MgO-Al2O3-SiO2系堇青石微晶玻璃的制备及性能研究

海）和Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ：Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ，德国）分析玻璃试样的热性能和析晶性能。采用三点弯曲法测量试样的抗弯强度，加载速率为０．５ｍｍ／ｍｉｎ。采用单边切口梁法测定断裂韧性，加载速率为０．０５ｍｍ／ｍｉｎ。
２结果与讨论
２．１差热分析本实验所选择ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２三元系基础玻璃试样
晶化试样抗弯强度和断裂韧性随晶化温度的变化关系如图３所示。从图３中可以看出，晶化温度对试样的力学性能有显著的影响。随着晶化温度的升高，试样的抗弯强度和断裂韧性均呈现明显的台阶式上升趋势。当晶化温度低于８５０℃时，力学性能处于第一个台阶，其抗弯强度和断裂韧性指标均略高于基础玻璃的相应数值，当晶化温度在８５０℃ 以上时，试样的抗弯强度和断裂韧性急剧升高到一个新的平台，然后缓慢升高。从基础玻璃的ＤＴＡ分析结果可知，在８００～８５０℃区间，基本上处于玻璃的核化阶段，由于在玻璃的结构中仅存在 α－堇青石的微小晶核，材料的主体仍以基础玻璃为主（ＸＲＤ图谱上的非晶态特征十分明显），所以对材料力学性能的提高仅有微小的贡献。随着晶化温度的进一步升高，α－堇青石晶核进入快速生长阶段，在材料显微结构中形成的大量 α－堇青石细小晶粒是导致材料性能快速提高的主要原因。随着晶化温度的进一步升高，试样的抗弯强度缓慢上升，在１１００℃时达到最大，而断裂韧性几乎维持稳定。高于１１００℃时，试样表现出熔融迹象，热处理后不能保持表面形状，所以不再考虑１１００℃ 之上的微晶化处理。２．２．２晶化时间对性能的影响

复合添加MgO_和La2O3_对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响　

第43卷第1期2024年1月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.1January,2024复合添加MgO 和La 2O 3对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响李㊀慧,张金平,高景霞,王二萍,张洋洋(黄河科技学院工学部,郑州㊀450006)摘要:纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造㊁轴承㊁模具㊁汽车等领域有广泛的应用潜力㊂本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO㊁La 2O 3为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝㊂通过差示扫描量热仪㊁X 射线衍射仪㊁扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化㊁物相组成㊁微观结构及力学性能的影响㊂结果表明:复合添加MgO 和La 2O 3可以使氧化铝中间相θ-Al 2O 3向α-Al 2O 3转化的温度从1257ħ降低到1105ħ,将致密化温度从1600ħ降低到1350ħ,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04mm 减小到120nm,实现了低温致密烧结㊂关键词:纳米微晶;Al 2O 3;MgO;La 2O 3;溶胶-凝胶;添加剂;低温烧结中图分类号:TB321㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)01-0339-08Effects of MgO and La 2O 3Composite Additives on Microstructure of Nano-Microcrystalline Alumina CeramicsLI Hui ,ZHANG Jinping ,GAO Jingxia ,WANG Erping ,ZHANG Yangyang (Engineering Department,Huanghe Science and Technology College,Zhengzhou 450006,China)Abstract :The nanocrystalline alumina abrasive,with its excellent versatility and high-precision grinding capability,has become a cost-effective choice for various applications in fields such as mechanical manufacturing,bearings,molds and automobiles.In this study,nano microcrystalline alumina was synthesized by sol-gel process,with boehmite (γ-AlOOH)as raw material,MgO and La 2O 3as additives.The effects of MgO and La 2O 3additives on the phase transformation,phase composition,microstructure and mechanical properties of nanocrystalline alumina were investigated by differential scanning calorimetry,X-ray diffraction,scanning electron microscopy and ab initio molecular dynamics simulation.The results showthat MgO and La 2O 3composite additives can reduce the transformation temperature of alumina from the intermediate phase θ-Al 2O 3to α-Al 2O 3from 1257ħto 1105ħ,lower the densification temperature of the material from 1600ħto 1350ħ,and reduce the grain size of nanocrystalline alumina from 1.04mm to 120nm,thus realizing the low-temperature dense sintering.Key words :nano-microcrystalline;Al 2O 3;MgO;La 2O 3;sol-gel;additive;low-temperature sintering 收稿日期:2023-07-10;修订日期:2023-09-21基金项目:河南省科技攻关项目(212102210187,212102210603,232102210183)作者简介:李㊀慧(1980 ),女,副教授㊂主要从事电子功能陶瓷方面的研究㊂E-mail:leehui@通信作者:张洋洋,博士,教授㊂E-mail:yyzhang@0㊀引㊀言陶瓷磨具在机械加工和制造行业中起着重要作用,其中磨料是磨具最主要的功能部分㊂随着高端机械材料加工和表面处理技术的发展,传统的陶瓷磨料已无法满足磨削需求,迫切需要能适应不同磨削要求的新磨料[1]㊂纳米微晶氧化铝磨料是20世纪80年代出现的一种新型氧化铝基烧结磨料,由于纳米微晶氧化铝磨料的一个磨粒是由数十万个晶粒尺寸为100~500nm 的氧化铝晶体组成,磨削时磨钝的微小晶粒会沿晶界脱落而暴露出新的微晶体切削刃[2],所以用纳米微晶氧化铝磨料做成的磨具使用寿命长㊁自锐性好㊁磨削效率高㊁不易340㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷烧伤工件,且可以保持高磨削稳定性,易于实现高精度磨削[3]㊂除了性能上的优势以外,相比于电熔法制备的刚玉磨料,采用低温烧结的纳米微晶氧化铝节能减排效果显著;相比于超硬磨料,纳米微晶氧化铝磨料通用性较好,可用于黑色或有色金属的磨削加工,弥补了立方氮化硼和金刚石在磨削方面的不足,且价格远低于两者,不需要特殊设备,维修简单,性价比高㊂因此纳米微晶氧化铝在机械制造㊁轴承㊁汽车㊁模具等领域具有很大的应用前景㊂根据新思界产业研究中心发布的‘2022 2026年中国纳米微晶氧化铝磨料行业市场行情监测及未来发展前景研究报告“,目前全球纳米微晶氧化铝磨料市场仍集中在欧美和日韩,国产的纳米微晶氧化铝磨料主要为中低端产品,尚不具备与国际品牌相竞争的能力㊂为了缩短与国际市场的差距,有必要继续改进纳米微晶氧化铝磨料的产品性能,以促进磨削行业技术发展,提升我国磨削行业在国际上的竞争力㊂微观结构是影响磨料性能的一个重要因素㊂致密的结构㊁细小且均一的晶粒有助于提高纳米微晶氧化铝磨料的磨削性能㊂纯氧化铝由于晶格能较大㊁烧结难度大,需要较高的烧结温度(ȡ1600ħ)才能达到致密的结构,而温度过高会导致晶粒异常长大,因此,实现低温致密烧结和微观结构控制是纳米微晶氧化铝磨料制备的关键和难点㊂1985年,自从Kumagai等[4]报道了添加剂能降低γ-Al2O3到α-Al2O3的相转化温度,从而实现了小晶粒㊁均匀化的微观结构,添加剂(如MgO[5-8]㊁TiO2[5]㊁CeO2[5,9]㊁CaO[8]㊁SiO2[8]㊁La2O3[10]㊁Nd2O3[10]㊁Y2O3[11]㊁ZrO2[11]㊁Al[12]等)对微晶氧化铝微观结构影响的研究开始引起了国内外研究者的广泛关注㊂研究[5-8]发现,CaO㊁SiO2㊁MgO的添加能促进陶瓷的低温致密烧结,但由于CaO㊁SiO2会形成液相膜,易引起晶粒异常长大,而MgO能改变各向异性的液固界面能,从而使边界自由能降低,所以能有效抑制晶粒的异常长大,有助于陶瓷结构的均一化,且MgO价格低廉㊁易于实现产业化,因此,MgO是目前最受关注的氧化铝陶瓷添加剂之一㊂但MgO的加入会促进氧化铝晶粒生长,不利于形成纳米级细小晶粒[6]㊂研究[10]表明,La2O3很难与氧化铝形成固溶体,其存在于氧化铝的晶界上,阻碍离子迁移,从而降低晶界迁移速率,抑制晶粒生长㊂但La3+会抑制γ-Al2O3向α-Al2O3转化,从而提高α-Al2O3的相转化温度,不利于低温烧结[10]㊂在纳米微晶氧化铝陶瓷的制备过程中,单纯添加一种添加剂已无法满足性能提高需求㊂研究[13-15]发现,相比于单一添加剂,在微晶氧化铝中复合添加多种添加剂对材料性能的优化效果更为显著㊂为了能制备出结构致密㊁晶粒均匀的纳米微晶氧化铝陶瓷,本研究将MgO和La2O3作为复合添加剂,综合发挥两种添加剂的协同作用,用La2O3阻碍氧化铝晶粒长大,用MgO促进陶瓷的低温致密烧结并抑制晶粒异常长大,以实现结构致密㊁晶粒均匀的纳米微晶氧化铝陶瓷的制备㊂烧结是影响纳米微晶氧化铝显微结构的一个重要因素㊂氧化铝烧结过程中主要依靠晶界迁移来完成结构致密化,烧结易导致晶粒异常长大甚至会出现晶粒的二次长大,严重影响了材料的力学性能[14]㊂为了抑制烧结后期晶粒的快速生长,热压[16]㊁微波[17]及火花等离子[18-19]等多种烧结新技术逐渐被应用于陶瓷材料的制备中㊂虽然这些烧结技术能很好地抑制晶粒长大,但生产成本高,不利于产业化㊂Chen等[20]在制备Y2O3陶瓷时首次使用二步烧结法(two step sintering,TSS),实现了陶瓷的晶粒细化和烧结致密化㊂Brard 等[21]研究发现,相比于自然烧结,使用二步烧结法能将Y2O3-MgO复合陶瓷的晶粒尺寸从350nm降低到150nm,致密度得到极大的提高㊂为了减小微晶氧化铝的晶粒尺寸㊁提高陶瓷致密度,本研究以勃姆石为原料,以MgO和La2O3作为添加剂,结合二步烧结法,制备了晶粒细小㊁结构致密㊁力学性能优良的纳米微晶氧化铝陶瓷,并研究了复合添加MgO和La2O3对氧化铝陶瓷相转变㊁微观结构及力学性能的影响㊂1㊀实㊀验1.1㊀样品制备将70%(体积分数)的HNO3与一定比例的去离子水混合,配成pH=2.0的HNO3水溶液㊂将20%(质量分数)的γ-AlOOH纳米粉加到配制好的HNO3水溶液中,并以聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)作为分散剂,得到稳定的半透明γ-AlOOH溶胶㊂在溶胶中加入5%(质量分数,下同)La2O3作为添加剂,置于球磨机中以一定速度球磨24h后取出,加入一定的Mg(NO3)2㊃9H2O使其凝胶化㊂干燥后以1ħ/min的升温速度,缓慢煅烧到480ħ后取出,破碎后过40/60目(0.425/0.250mm)分级筛进行分级㊂随后在高温烧结炉中,分别采用二步烧结和传统烧结工艺,对样品进行高温烧结,得到纳米微晶氧化铝磨料㊂其中二步烧结工第1期李㊀慧等:复合添加MgO和La2O3对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响341㊀艺的第一步烧结温度为1400ħ,第二步烧结温度为1300ħ,保温时间为2h㊂1.2㊀结构与性能表征γ-AlOOH溶胶的胶粒粒度用MICROTRAC-X100型激光粒度测试仪测量,用冷场发射JSM-6700F扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析纳米微晶氧化铝陶瓷表面的微观形貌,用PHILIPS-XPERT X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对氧化铝的物相进行定性分析,用分析软件Nano-measurer测量晶粒尺寸,NETZSCH-STA409综合热分析仪对一水氧化铝干凝胶进行差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)分析,纳米微晶氧化铝磨料的密度由ET-320固体密度测试仪测定,纳米微晶氧化铝颗粒的单颗粒抗压强度用DKY-1型单颗粒抗压强度测定仪测定㊂2㊀结果与讨论2.1㊀球磨时间对γ-AlOOH溶胶胶粒的影响研究表明,α-Al2O3的形貌和晶粒尺寸与前驱体的形貌和晶粒尺寸密切相关[22-23]㊂前驱体的晶粒尺寸越小㊁分布越均匀,越有助于降低α-Al2O3的相转化温度,实现低温致密烧结㊂图1为不同球磨时间下勃姆石溶胶胶体粒子的粒径分布㊂由图1可知,勃姆石原料粒径分布广,粗粉含量高,随着球磨时间延长至10h,胶粒粒径迅速变小且逐渐趋于均匀㊂当球磨时间延长至20h时,胶粒粒径继续缓慢变小且更加均匀,此时大部分胶体粒子的粒径为100nm左右㊂但是当球磨时间增加到48h时,胶体粒子的粒径反而有所增大㊂这是因为在球磨破碎过程中,胶体粒子不断破碎产生新的微小颗粒,随着球磨时间的增加,胶体粒子越来越细,这些超细颗粒具有极高的表面能,极易发生团聚现象从而导致胶粒的表观粒径变大[24]㊂图1㊀不同球磨时间下勃姆石溶胶胶体粒子的粒径分布Fig.1㊀Particle size distribution of boehmite sol colloid particles at different ball milling time2.2㊀添加剂对纳米微晶氧化铝磨料相转化的影响图2为勃姆石干凝胶的DSC曲线,其中曲线Ⅰ和Ⅱ分别是MgO㊁La2O3复合添加和无添加的勃姆石干凝胶的DSC曲线,可以看出,两条曲线都有两个明显的放热峰㊂处于400~500ħ的放热峰代表AlOOH干凝342㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图2㊀勃姆石干凝胶的DSC 曲线Fig.2㊀DSC curves of boehmite dry gel 胶结构水及表面羟基脱除,AlOOH 转化为氧化铝的中间相θ-Al 2O 3㊂1100ħ左右的放热峰代表θ-Al 2O 3转化为α-Al 2O 3㊂对比这两条曲线,不难发现,MgO㊁La 2O 3复合添加对AlOOH 向θ-Al 2O 3转化的温度影响不大,但明显降低了θ-Al 2O 3向α-Al 2O 3转化的温度㊂纯勃姆石干凝胶的θ-Al 2O 3向α-Al 2O 3转化的温度为1257ħ,而添加了MgO㊁La 2O 3的勃姆石干凝胶的θ-Al 2O 3向α-Al 2O 3转化的温度为1105ħ㊂MgO㊁La 2O 3复合添加使α-Al 2O 3的相变温度降低了近150ħ㊂图3(a)和(b)分别为添加及未添加MgO㊁La 2O 3的勃姆石干凝胶在不同温度下退火的XRD 谱㊂XRD 结果表明,添加了MgO㊁La 2O 3的θ-Al 2O 3在1150ħ已全部转化为α-Al 2O 3,而未添加MgO㊁La 2O 3的干凝胶中的θ-Al 2O 3在1300ħ时才完全转化为α-Al 2O 3㊂结合DSC 曲线和XRD 谱可知,复合添加MgO㊁La 2O 3可明显降低θ-Al 2O 3向α-Al 2O 3转化的温度㊂图3㊀勃姆石干凝胶在不同烧结温度下的XRD 谱Fig.3㊀XRD patterns of boehmite dry gel at different sintering temperatures 2.3㊀微观结构分析图4㊀纳米微晶氧化铝的显微照片Fig.4㊀Micrograph of nano-microcrystalline alumina 图4是烧结后直径为250~380mm 的纳米微晶氧化铝的显微照片,其中内嵌图为微晶氧化铝颗粒的断面照片㊂可以看出,纳米微晶氧化铝呈油脂光泽的半透明状㊂图5是不同添加剂和烧结工艺下纳米微晶氧化铝的SEM 照片㊂图5(a)是在1350ħ烧结制备的未掺杂添加剂的纳米微晶氧化铝SEM 照片,可以看出,微晶氧化铝晶粒均匀,晶粒平均尺寸为1.04mm(由nano measure 分析软件任意测量50个晶粒,取平均值得出),但结构疏松㊂图5(b )是添加了5%La 2O 3㊁在1350ħ烧结制备的纳米微晶氧化铝SEM 照片,晶粒的平均尺寸为220nm,说明La 2O 3的添加显著减小了微晶氧化铝的晶粒尺寸㊂这是因为La 3+半径(1.06Å)比Al 3+半径(0.53Å)大得多,所以很难与氧化铝形成固溶体,而是存在于氧化铝的晶界上,从而阻碍了离子迁移,降低晶界迁移速率,抑制晶粒生长,减小氧化铝的晶粒尺寸㊂图5(c)是添加了5%(质量分数,下同)MgO㊁在1350ħ烧结制备的纳米微晶氧化铝SEM 照片,晶粒的平均尺寸为810nm㊂相比于单掺La 2O 3,虽然单掺MgO 时的氧化铝晶粒尺寸相对较大,但是氧化铝的致密度相对较高㊂这是因为Mg 2+半径(0.65Å)与Al 3+半径(0.53Å)相近,在烧结过程中,Mg 2+第1期李㊀慧等:复合添加MgO和La2O3对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响343㊀容易置换Al2O3中的Al3+,形成点缺陷,点缺陷会促进氧化铝烧结过程中的质量传输,从而增加氧化铝晶粒的生长速度和致密化速率[7,25]㊂图5(d)和(e)是同时添加了5%MgO和5%La2O3,但在不同烧结工艺下(其中图5(d)对应二步烧结工艺,图5(e)对应传统烧结工艺)制备的纳米微晶氧化铝㊂对比图5(d)和(e)可以看出,无论是采用二步烧结还是传统烧结工艺,MgO㊁La2O3复合添加的微晶氧化铝都显示出致密的微观结构,但相比传统烧结工艺下制备的微晶氧化铝(晶粒尺寸约为200nm),二步烧结工艺下制备的微晶氧化铝晶粒更小(约为120nm)㊂这是因为高温烧结过程中,晶粒间具有较高的晶界能,从而使晶界迁移率较高,如果在高温阶段保温,会造成晶粒迅速长大㊂在二步烧结工艺中,由于在第二阶段烧结温度骤然下降,晶界能得到了快速释放,晶粒间较低的晶界能使晶界迁移得到抑制,从而有效避免了晶粒长大㊂图5(f)是复合添加MgO和La2O3㊁在1400ħ烧结的纳米微晶氧化铝SEM照片㊂从图中可以看出部分晶粒异常长大,并伴随有团聚熔融现象,说明氧化铝在此温度下存在过烧现象㊂图5说明复合添加MgO㊁La2O3并结合二步烧结工艺可以在保持微晶氧化铝晶粒细小的同时实现低温致密烧结㊂图5㊀不同添加剂和烧结工艺下纳米微晶氧化铝的SEM照片Fig.5㊀SEM images of nano-microcrystalline alumina with different additives and sintering processes图6是添加5%La2O3和5%MgO后,采用从头算分子动力学方法模拟计算氧化铝反应前后的晶体结构图㊂在模拟过程中,采用正则(NVT)系综在1350ħ运行5ps㊂从图6可以看出,反应前氧化铝晶体结构中的Al O键长为1.969Å,反应后Al O平均键长减小到1.805Å,键长的减小会使晶胞体积变小㊂由于晶粒是由多个晶胞组成,晶胞体积的减小可使整个晶粒体积变小,所以MgO㊁La2O3的复合添加有助于获得更细小的氧化铝微晶晶粒㊂344㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图6㊀复掺MgO 和La 2O 3微晶氧化铝反应前后的晶体结构图(白㊁灰㊁黑和深灰球分别代表Al㊁O㊁Mg 和La 原子)Fig.6㊀Crystal structure diagram of MgO and La 2O 3microcrystalline alumina before and after reaction(white,gray,black and dark gray spheres represent the positions of Al,O,Mg and La atoms,respectively)2.4㊀单颗粒抗压强度和体积密度研究[15]显示,材料的单颗粒抗压强度与微观结构有密切关系㊂材料的晶粒越小㊁致密度越高,单颗粒抗压强度越大㊂MgO㊁La 2O 3复合添加和无添加纳米微晶氧化铝单颗粒抗压强度和密度随烧结温度的变化曲线分别如图7和图8所示㊂由图可知,在任一烧结温度下,MgO㊁La 2O 3复合添加微晶氧化铝的单颗粒抗压强度和密度均高于无添加纳米微晶氧化铝㊂无添加纳米微晶氧化铝单颗粒抗压强度和密度在1450ħ达到最大值55N㊁3.6g /cm 3,MgO㊁La 2O 3复合添加纳米微晶氧化铝单颗粒抗压强度和密度在1350ħ达到最大值80N㊁3.96g /cm 3,说明MgO㊁La 2O 3复合添加实现了纳米微晶氧化铝的低温致密烧结,有效细化了晶粒尺寸,提高了材料的致密度,进而提高了陶瓷的单颗粒抗压强度㊂图7㊀纳米微晶氧化铝的单颗粒抗压强度随烧结温度的变化Fig.7㊀Change of single particle compressive strength of nano-microcrystalline alumina with sinteringtemperature 图8㊀纳米微晶氧化铝的密度随烧结温度的变化Fig.8㊀Change of density of nano-microcrystalline alumina with sintering temperature表1列举了近年来不同添加剂及烧结工艺纳米微晶氧化铝颗粒的晶粒尺寸㊁密度及单颗粒抗压强度㊂对比可知,相比于其他添加剂,MgO 和La 2O 3复合添加剂显著降低了纳米微晶氧化铝的晶粒尺寸,提高了颗粒致密度,从而获得了较高的单颗粒抗压强度㊂表1㊀不同添加剂及烧结工艺纳米微晶氧化铝颗粒的晶粒尺寸㊁密度及单颗粒抗压强度Table 1㊀Grain size ,density and single particle compressive strength of nano-microcrystalline aluminawith different additives and sintering processesAdditive Sintering process Grain size /nm Density/(g㊃cm -3)Single particle compressive strength /N Reference SiO 2-MgO-CaO One step sintering(1300ħ)550 3.9243.6[13]La 2O 3-TiO 2-SiO 2TSS(1300ħң1200ħ)334 3.87 [14]BaO-B 2O 3-Cr 2O 3TSS(1400ħң1350ħ)1090 61.22[15]MgO-La 2O 3TSS(1400ħң1300ħ)120 3.9680.00This work第1期李㊀慧等:复合添加MgO和La2O3对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响345㊀3㊀结㊀论1)MgO㊁La2O3复合添加对AlOOH向氧化铝中间相θ-Al2O3的转化温度影响不大,但将θ-Al2O3向α-Al2O3转化的温度从1257ħ降低到了1105ħ㊂2)复合添加5%La2O3和5%MgO的氧化铝在1150ħ完全转化为α-Al2O3,并在1350ħ达到致密烧结㊂3)MgO㊁La2O3复合添加能使Al O键长由1.969Å减小到1.805Å,使氧化铝晶胞体积变小,有助于微小晶粒的形成㊂4)La2O3能细化微晶氧化铝晶粒,MgO能促进微晶氧化铝的低温烧结,二步烧结工艺可避免晶粒的长大,因此,MgO和La2O3的复合添加结合二步烧结工艺实现了微晶氧化铝的低温致密烧结,并使晶粒尺寸减小到120nm左右㊂参考文献[1]㊀康会峰,黄新春,牛亚洲.微晶刚玉磨料磨削性能研究[J].机械设计与制造,2016(1):144-147+150.KANG H F,HUANG X C,NIU Y Z.The 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以MgO --Al2O3 - SiO2为添加剂进行无压烧结的氮化硅的微观结构和力学性能

以MgO --Al2O3 - SiO2为添加剂进行无压烧结的氮化硅的微观结构和力学性能摘要准备通过传统的球磨和行星高能球磨烧结以MgO-Al2O3-SiO2为添加剂系统进行X射线衍射，扫描电镜，透射电镜，高分辨透射电子显微镜和能谱仪分析微观结构和力学性能对无压烧结氮化硅陶瓷的影响。

对于无压烧结氮化硅的行星球磨，可取得1.06 GPa的抗弯强度，14.2 GPa的维氏硬度和6.4MPa·m0.5的断裂韧性。

烧结材料的微观结构中颗粒大小和长径比几乎相同,且均匀分布在整个陶瓷表面。

改进的混合效率降低了行星球磨后粒子的尺寸,提高了烧结添加剂的均匀分布,使氮化硅陶瓷的微观结构致密均一性能得到了部分改善。

与传统的球磨方式相比，行星高能球磨是一种能生产微观结构高度均一和有良好力学性能微粒的途径。

关键词：无压烧结；微观结构；机械性能；Si3N41.介绍因为它们作为构件材料在房屋和耐高温方面的应用前景非常广阔，所以以氮化硅陶瓷(Si3N4)为基础的研究日益广泛。

无压烧结是目前常用的致密与复杂的形状的氮化硅零件烧结方式,因为它经济效益超过热压烧结,与反应烧结相比也提高了热机械性能。

但是,Si-N共价键需要使用烧结添加剂,如金属氧化物和稀土金属氧化物,去促进致密化通过液相烧结。

氧化物添加剂在烧结过程中,使硅(SiO2)在Si3N4粒子在表面上形成一种玻璃体熔剂在烧结温度下的在致密化过程中协助大量转移。

因此,烧结氮化硅的过程,包括致密化、α到β相变以及晶粒生长,都会对数量和液相化学反应造成实质性影响。

众所周知,室温下的氮化硅陶瓷的微观组织特征主要取决于两个方面,长宽比和β相的晶粒尺寸，而且高温强度控制的晶界相的特点尤其如此。

因此,稀土氧化物作为添加剂被广泛用于氮化硅高温力学性能的改进。

单独添加一种稀土元素(< 10 wt. %)对烧结能力的提高不像同时添加稀土元素和金属氧化物那样有效。

但是,这些添加剂会将玻璃质晶粒界限引入致密体，使高温力学性能和蠕变性恶化。

CaO对MgO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃结构与性能的影响

CaO对MgO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃结构与性能的影响殷哲一;张雪峰;邓磊波【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2017(46)11【摘要】以化学纯试剂为原料,采用熔融法制备MgO-Al_2O_3-SiO_2(MAS)系微晶玻璃。

利用DSC、XRD、SEM等及理化性能测试手段研究了不同CaO含量对微晶玻璃析晶行为、物相组成、显微结构及理化性能的影响。

结果表明:一定含量的CaO可以降低析晶活化能,促进玻璃析晶;随CaO含量的增加,微晶玻璃主晶相由假蓝宝石向ɑ-堇青石转变,晶体形貌由棒状晶转变为枝状晶,晶粒尺寸呈先减后增的趋势;当CaO含量为3wt%时微晶玻璃热膨胀系数和相对介电常数(εr)达到最低,分别为3.89×10^(-6) ℃-1和10.09(1 MHz);当不外添CaO时微晶玻璃Vickers硬度达到最大,为10.52 GPa。

【总页数】8页(P2107-2114)【关键词】CaO;ɑ-堇青石;热膨胀系数;介电性能【作者】殷哲一;张雪峰;邓磊波【作者单位】内蒙古科技大学理学院;内蒙古科技大学内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TQ173【相关文献】1.晶化温度对飞灰/废屏玻璃协同制备CaO-Al2O3-MgO-SiO2系微晶玻璃析晶及性能的影响 [J], 李保庆;郭艳平;方红生;党海峰;黄玲;梁展星;王文祥2.CaO掺杂对镁铝硅系微晶玻璃结构与性能的影响 [J], 夏奇;王志勇;李波3.TiO2对R2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃显微结构及性能的影响 [J], 于渊洁;黄永前;彭杰4.CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃复合晶核剂的优化及其对结构与性能的影响 [J], 张雪峰;魏海燕;欧阳顺利;贾晓林;赵鸣;夏经天5.CaO对CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃析晶和性能的影响 [J], 史培阳;姜茂发;刘承军;王德永;朱明伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

复合氧化物陶瓷材料的微观结构与性能关系研究

复合氧化物陶瓷材料的微观结构与性能关系研究摘要：复合氧化物陶瓷材料具有较高的热稳定性、力学性能和耐磨性，因此在诸多领域有广泛应用。

本文旨在探讨复合氧化物陶瓷材料的微观结构与性能之间的关系。

通过分析复合氧化物陶瓷的微观结构特点与制备方法，并从力学性能、热稳定性和导电性能等方面进行综合评述，旨在深入了解复合氧化物陶瓷材料的性能。

1. 引言复合氧化物陶瓷材料由于其出色的性能，在汽车工业、能源领域、航空航天等领域得到了广泛应用。

微观结构是复合氧化物陶瓷材料性能的重要决定因素，因此对其微观结构与性能的关系进行深入研究，可以为材料设计与应用提供重要参考。

2. 复合氧化物陶瓷材料的微观结构复合氧化物陶瓷材料由两种或多种不同氧化物相组成，通常具有复杂的微观结构。

常见的复合氧化物陶瓷材料包括氧化铝和氧化锆、氧化锆和氧化钙等。

这些复合材料中的氧化物相之间存在着不同的晶格匹配度和配位环境，这会直接影响材料的性能。

3. 复合氧化物陶瓷的制备方法制备复合氧化物陶瓷材料的方法多种多样，常见的包括固相反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。

不同的制备方法会影响材料的微观结构以及晶粒尺寸和分布等性能。

4. 复合氧化物陶瓷材料的力学性能复合氧化物陶瓷材料具有出色的力学性能，如高强度、高韧性和耐磨性。

材料的微观结构中存在的晶界、晶粒尺寸、相含量等因素会影响材料的力学性能。

晶界的存在可以阻碍位错滑移，提高材料的韧性。

较小的晶粒尺寸有利于材料的力学性能的提升。

5. 复合氧化物陶瓷材料的热稳定性复合氧化物陶瓷材料的热稳定性对其在高温环境中的应用具有重要意义。

材料的微观结构与热稳定性之间存在着紧密的联系。

合适的配位环境和晶格匹配度可以提高材料的热稳定性，减小晶界迁移和晶粒的长大。

6. 复合氧化物陶瓷材料的导电性能在一些特定应用领域，如电子器件和能源储存等方面，复合氧化物陶瓷材料的导电性能至关重要。

复合氧化物陶瓷材料的微观结构中的晶界、晶粒尺寸、相含量等因素对导电性能具有重要影响。

CaO_Al_2O_3_SiO_2_F系统玻璃密度与结构关系研究

《陶瓷学报》JOURNAL OF CERAMICS第31卷第1期2010年3月Vol.31,No.1Mar.2010收稿日期：2009-12-9通讯联系人：刘树江，E-mail:lsj-24@文章编号：1000-2278（2010）01-0082-05CaO-Al 2O 3-SiO 2-F 系统玻璃密度与结构关系研究孟政刘树江沈建兴高彬（山东轻工业学院玻璃与功能陶瓷加工与测试重点实验室，济南：２５０３５３）摘要采用传统熔融冷却法制备了CaO-Al 2O 3-SiO 2-AlF 3（A 系列）和CaO-Al 2O 3-SiO 2-CaF 2（C 系列）系统玻璃，在其组成范围SiO 2＞45mol%、Ca/Al ＞1(mol)、F/Al<1(mol)内，利用Doweidar 密度模型在CaO-Al 2O 3-SiO 2-F 系统玻璃A 系列和C 系列中分别得到AlO 3F 四面体的体积，其值可认为是一常数V Al-f =57.82×10-24cm -3，与引入氟的形式(CaF 2或AlF 3)和化学计量浓度的改变无关；AlO 4四面体的体积大于AlO 3F 四面体体积（V Al-f >V Al-o ），分析认为这与质点间的键力发生改变有关（f Al-f <f Al-0），键力越小，质点间的距离越大，使V Al-f 变大。

由此模型得到的CaO-Al 2O 3-SiO 2-F 玻璃理论计算密度值与实际测量密度值基本相符，误差小于0.03%。

关键词CaO-Al 2O 3-SiO 2-F 系统玻璃，密度，结构中图分类号：ＴＱ１７４．７１＋８文献标识码：Ａ１引言含氟的CaO-Al 2O 3-SiO 2系统玻璃在临床上可以用作修复牙齿的玻璃离子水门汀[1-2]，用于钢铁铸造过程中的润滑保护层[3]，制备各种用途的乳浊和微晶玻璃等，因此含氟的CaO-Al 2O 3-SiO 2系统玻璃一直是研究的热点。

CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃复合晶核剂的优化及其对结构与性能的影响

CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃复合晶核剂的优化及其对结构与性能的影响张雪峰;魏海燕;欧阳顺利;贾晓林;赵鸣;夏经天【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2015(44)7【摘要】以化学纯试剂CaO、MgO、Al2O3和SiO2为主要原料,采用熔融法制备添加复合晶核剂Cr2O3、Fe2O3和CaF2的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)系微晶玻璃。

采用正交试验的方法,确定复合晶核剂的相对最优配方。

利用DTA、XRD、SEM和综合力学性能仪等手段,研究了复合晶核剂对该系微晶玻璃显微结构及性能的影响。

结果表明,复合晶核剂的相对最优配方是Cr2O3、Fe2O3和CaF2的含量分别为0.5%、10%和8%,且复合晶核剂总含量的增加可以细化晶粒,随着晶粒细化,CMAS系微晶玻璃的维氏硬度增加。

【总页数】7页(P1905-1911)【关键词】微晶玻璃;复合晶核剂;优化设计;CaO-MgO-Al2O3-SiO2【作者】张雪峰;魏海燕;欧阳顺利;贾晓林;赵鸣;夏经天【作者单位】内蒙古科技大学内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室;内蒙古科技大学材料与冶金学院;郑州大学材料学院【正文语种】中文【中图分类】TQ171【相关文献】1.晶核剂及热处理对锂铝硅系微晶玻璃晶化和性能的影响 [J], 陆雷;赵莹;张乐军;王浩2.复合晶核剂CaF2/P2O5对CAS系白色微晶玻璃析晶的影响 [J], 邢瑞平;刘立强;李航3.晶核剂对CMAS系微晶玻璃结构和性能的影响 [J], 石永恒;芶立4.复合晶核剂CaF_2/P_2O_5对CAS系白色微晶玻璃析晶的影响 [J], 邢瑞平;刘立强;李航5.晶核剂对Li_2O-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃晶化过程和性能的影响 [J], 赵莹;陆雷;张乐军;王浩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响

复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响李慧;张金平;高景霞;王二萍;张洋洋【期刊名称】《硅酸盐通报》【年(卷),期】2024(43)1【摘要】纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造、轴承、模具、汽车等领域有广泛的应用潜力。

本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO、La_(2)O_(3)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝。

通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化、物相组成、微观结构及力学性能的影响。

结果表明:复合添加MgO和La2O3可以使氧化铝中间相θ-Al_(2)O_(3)向α-Al_(2)O_(3)转化的温度从1257℃降低到1105℃,将致密化温度从1600℃降低到1350℃,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04 mm减小到120 nm,实现了低温致密烧结。

【总页数】8页(P339-346)【作者】李慧;张金平;高景霞;王二萍;张洋洋【作者单位】黄河科技学院工学部【正文语种】中文【中图分类】TB321【相关文献】1.Fe_(2)O_(3)对MgO‒Al_(2)O_(3)‒SiO_(2)微晶玻璃体系微观结构的影响2.纳米MgCr_(2)O_(4)和FeCr_(2)O_(4)添加剂对直接结合镁铬耐火材料的微观结构及力学性能的影响3.晶化温度对MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系尖晶石微晶玻璃结构与性能的影响_(2)O_(3)添加量对Ti(C,N)-WC-Mo_(2)C-Ni-Co金属陶瓷组织结构和力学性能的影响5.连接温度对CaO-Al_(2)O_(3)-MgO-SiO_(2)-TiO_(2)玻璃钎料连接SiC陶瓷接头微观结构和性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于相图分析的MgO-Al2O3-SiO2体系玻璃陶瓷材料设计

基于相图分析的MgO-Al2O3-SiO2体系玻璃陶瓷材料设计引言在材料学中，相图是一种非常重要的图形，用于描述材料中各个成分之间的相互作用。

相图分析在材料设计中具有重要的意义，因为它可以提供关于材料特性和行为的重要信息。

本文将基于相图分析，探讨MgO-Al2O3-SiO2体系在玻璃陶瓷材料设计中的应用。

MgO-Al2O3-SiO2体系概述MgO-Al2O3-SiO2体系是一种非常常见的体系，它包含了三种主要成分：MgO，Al2O3和SiO2。

这些成分在许多工业和科学领域中都是非常重要的。

这种体系的相图非常复杂，其中包含了许多不同的区域和相。

在这个体系中，SiO2是三个成分中最重要的成分，因为它具有非常好的玻璃形成能力，而且它可以与其他成分的晶体结构很好地匹配。

MgO和Al2O3则是常用的添加剂，因为它们可以改变玻璃和陶瓷的特性。

相图分析在玻璃陶瓷材料设计中的应用相图分析可以提供有关材料的结构、组成和性质的信息。

在玻璃陶瓷材料设计中，相图分析可以用来预测材料的相，确定材料的组成和结构，优化材料的性能。

以下是MgO-Al2O3-SiO2体系在玻璃陶瓷材料设计中的应用。

1. 相图预测相图可以预测出材料在不同温度和组分下的相变行为。

在MgO-Al2O3-SiO2体系中，相图可以预测出玻璃-陶瓷转变的温度和组成范围。

这对于制备稳定的玻璃-陶瓷材料是非常重要的。

2. 材料优化相图可以用来优化材料的性能。

在MgO-Al2O3-SiO2体系中，可以通过相图来确定材料的最佳组成比例和制备条件以获得最佳的陶瓷和玻璃性质。

例如，通过控制Al2O3/MgO比例可以改善陶瓷的耐热性。

3. 新材料设计相图可以用来设计新的玻璃陶瓷材料。

在MgO-Al2O3-SiO2体系中，可以通过相图来确定新材料的组成和结构，并预测其特性。

例如，通过向MgO-Al2O3-SiO2体系中引入氧化钙和氧化镁，可以制备出新型玻璃陶瓷材料。

结论相图分析在玻璃陶瓷材料设计中具有非常重要的应用价值。