含稀土镁砂的制备与其结构性能的研究

摘要

烧结镁砂是碱性耐火材料的一种基础性原料。烧结镁砂的密度,晶粒尺寸,晶界结合相的分布状态及性质决定碱性耐火材料使用性能。本课题主要研究了稀土氧化物对氧化镁及镁砂烧结与显微结构影响,含稀土镁砂对镁质耐火材料性能影响。
　　 为了研究稀土氧化物对氧化镁烧结与结构影响,以分析纯的碳酸镁和氢氧化镁为原料,加入3.0wt.％的五种稀土氧化物在1600℃,1650℃,1700℃下烧结3小时,制成试样;借助于X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能谱分析仪(EDS)等表征试样的物相组成,晶体发育情况,显微结构。结果表明:(1)稀土氧化物的引入对氢氧化镁和碳酸镁为原料制备的氧化镁的烧结致密化都有促进作用,其中氢氧化镁加入3wt.%Y2O31700℃烧结试样体积密度最大为3.50g/cm3;(2)稀土氧化物的引入使氢氧化镁和碳酸镁烧结后的氧化镁晶体发育良好,晶粒长大,晶粒结合致密;(3)氢氧化镁比碳酸镁烧结后氧化镁的晶粒尺寸更大,晶粒间结合更加紧密。
　　 为了研究稀土氧化物对镁砂烧结与结构影响;选取两种不同钙硅比菱镁石为原料,加入五种稀土氧化物在1600℃,1650℃,1700℃下烧结3小时,制成试样。研究了稀土种类和加入量,复合稀土,烧结温度,不同钙硅比原料对含稀土镁砂烧结,抗水化及显微结构的影响。结果表明:(1)稀土氧化物引入有利于试样体积密度的提高及晶体发育,且随着稀土氧化物加入量的增加试样体积密度呈增大趋势。Y2O3,La2O3、Nd2O3、Sm2O3能与镁砂中的杂质CaO和SiO2反应生成耐高温稀土硅酸盐化合物分布在晶粒之间,CeO2以游离状态分布,且固溶到MgO晶粒中,造成晶格畸变,促进烧结。不同钙硅比烧结镁砂试样相比较,高钙硅比(C/S=5.90)试样的体积密度大于低钙硅比(C/S=1.17)试样。(2)Y2O3和CeO2都可以显著提高试样的抗水化性能,V2O3和CeO2最佳加入量分别为1.0wt.%和3.0wt.%。烧结温度的提高对含Y2O3镁砂烧结性能和抗水化性能显著改善,而对含CeO2试样影响不大。(3)含有Y2O3复合稀土氧化物对两种钙硅比菱镁石为原料制得试样烧结性能都有促进作用,且以添加1.5wt.%Y2O3+1.5wt.%La2O3对试样烧结致密化促进作用最大。(4)不同的制备方法的试样相比较,以一步煅烧成轻烧氧化镁加入稀土氧化物1600℃烧结的试样体积密度最大,显气孔率最低。
　　 为了研究含稀土氧化物镁砂对镁质耐火材料性能影响:以不同粒度的电熔镁砂和含Y2O3镁砂细粉为主要原料,研究了含Y2O3镁砂细粉对镁质耐火材料烧结性能、常温力学性能、高温抗折强度的影响a结果表明:添加含Y2O3镁砂细粉能促进镁质耐火材料的烧结致密化,提高常温力学性能及高温抗折强度,其中以加入量为10wt.%作用最为明显,体积密度达到3.01 g.cm-3,高温抗折强度达到7.81MPa。