Магніева-алюмініевая шпінель (MgAl2O, MgO·Al2O або MA) валодае выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі пры высокіх тэмпературах, выдатнай устойлівасцю да адслойвання і карозіі. Гэта найбольш тыповая высокатэмпературная кераміка ў сістэме Al2O-MgO. Пераважны рост крышталічных зерняў гексаалюмінату кальцыя (CaAl12O19, CaO·6AlO або CA6) уздоўж базальнай плоскасці прыводзіць да іх росту ў пласцінкавую або ігольчастую марфалогію, што можа значна павысіць трываласць матэрыялу. Дыялюмінат кальцыя (CaAlO або CaO·2Al2O3, CA2) мае нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння. Пры змешванні CAz з іншымі матэрыяламі з высокай тэмпературай плаўлення і высокім каэфіцыентам пашырэння ён можа добра супрацьстаяць пашкоджанням, выкліканым цеплавым ударам. Такім чынам, кампазіты MA-CA атрымалі вялікую ўвагу як новы тып высокатэмпературнай керамікі ў высокатэмпературнай прамысловасці дзякуючы сваім комплексным уласцівасцям CA6 і MA.
У гэтай працы былі атрыманы керамічныя кампазіты MA, керамічныя кампазіты MA-CA2-CA і керамічныя кампазіты MA-CA метадам высокатэмпературнага цвёрдафазнага спякання, і быў вывучаны ўплыў мінералізатараў на ўласцівасці гэтых керамічных матэрыялаў. Абмяркоўваўся механізм умацавання мінералізатараў на характарыстыкі керамікі, і былі атрыманы наступныя вынікі даследавання:
(1) Вынікі паказалі, што аб'ёмная шчыльнасць і трываласць на выгіб керамічных матэрыялаў з MA паступова павялічваліся з павышэннем тэмпературы спякання. Пасля спякання пры 1600°C на працягу 2 гадзін характарыстыкі спякання керамікі з MA былі нізкімі: аб'ёмная шчыльнасць складала 3,17 г/см3, а трываласць на выгіб — 133,31 МПа. З павелічэннем колькасці мінералізатара FezO3 аб'ёмная шчыльнасць керамічных матэрыялаў з MA паступова павялічвалася, а трываласць на выгіб спачатку павялічвалася, а потым змяншалася. Пры даданні 3% па вазе трываласць на выгіб дасягнула максімальнага значэння — 209,3 МПа.
(2) Характарыстыкі і фазавы склад керамікі MA-CA6 залежаць ад памеру часціц сыравіны CaCO3 і α-AlO3, чысціні α-Al2O3, тэмпературы сінтэзу і часу вытрымкі. Пры выкарыстанні CaCO3 з малым памерам часціц і α-AlzO3 высокай чысціні ў якасці сыравіны, пасля спякання пры тэмпературы 1600℃ і вытрымкі на працягу 2 гадзін, сінтэзаваная кераміка MA-CA6 мае высокую трываласць на выгіб. Памер часціц CaCO3 адыгрывае важную ролю ў фарміраванні фазы CA, а таксама ў росце і развіцці крышталічных зерняў у керамічных матэрыялах MA-CA6. Пры высокай тэмпературы прымешка Si ў α-AlzO ўтварае часовую вадкую фазу, што прыводзіць да змены марфалогіі зерняў CA6 ад пласціністай да роўнавосевай.
(3) Быў даследаваны ўплыў мінералізатараў ZnO і Mg(BO2)z на ўласцівасці кампазітаў MA-CA і механізм умацавання. Выяўлена, што цвёрды раствор (Mg-Zn)Al2O4 і вадкая фаза, якая змяшчае бор, утвораныя мінералізатарамі ZnO і Mg(BO2)z, памяншаюць памер зерняў MA і павялічваюць утрыманне MA. Гэтыя шчыльныя фазы пакрываюцца мікракрышталічнымі часціцамі MA, утвараючы рэгіянальна дысперсныя шчыльныя целы, што прыводзіць да пераўтварэння зерняў CA6 у роўнавосевыя зерні, тым самым спрыяючы ўшчыльненню керамічных матэрыялаў MA-CA і паляпшаючы іх трываласць на выгіб.
(4) Выкарыстоўваючы аналітычна чысты Al₂O замест α-AlzO, з аналітычна чыстай сыравіны былі сінтэзаваны керамічныя кампазіты MA-CA₂-CA. Быў вывучаны ўплыў мінералізатараў SnO₂ і HBO на фізічныя і механічныя ўласцівасці, мікраструктуру і фазавы склад кампазітаў.
Вынікі паказваюць, што пасля дадання мінералізатараў SnO2 і H2BO у керамічным матэрыяле з'яўляюцца цвёрды раствор і пераходная вадкая фаза, якая змяшчае бор; адпаведна, гэта прыводзіць да змены фазы CA2 у фазу CA і паскарае ўтварэнне MA і CA6, тым самым паляпшаючы спяканне керамічнага матэрыялу. Шчыльная фаза, утвораная лішкам Ca, робіць сувязь паміж зернямі MA і CA6 трывалай, што паляпшае механічныя ўласцівасці керамічных матэрыялаў.
Час публікацыі: 29 жніўня 2023 г.