添加劑對耐火磚燒結的影響
在固相燒結時,少量添加劑(燒結助劑)可與主晶相形成固溶體促進缺陷增加;在液相燒結時,添加劑能夠改變液相的性質(zhì)(如粘土、組成等),因而能起促進燒結的作用。添加劑的作用可能在于以下幾個方面:
1.形成固溶體。當添加物與燒結物形成固溶體時,可以增加晶格缺陷,活化晶格,從而促進燒結。一般來說,它們之間形成有限置換固溶體更有助于促進燒結。添加劑離子的電價、半徑與主晶格離子的電價,半徑相差越大,晶格畸變程度也越大,促進燒結的作用也越明顯。如Al2O3 燒結時,加入3%的Cr2O3形成連續(xù)固溶體可在1860℃燒結,而加入1%~2%TiO2只需在1600℃左右就能致密化。
2.阻止晶型轉(zhuǎn)變,有些氧化物在燒結時發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有較大的體積效應,這就難以實現(xiàn)燒結致密化,并容易引起坯體開裂。這時若能選用適宜的添加劑加以抑制,即可促進燒結。ZrO2燒結時添加一定量的CaO、MgO就屬這一機理。約在1200℃,m- ZrO2轉(zhuǎn)變?yōu)閠- ZrO2,并伴有約10%的體積收縮,使制品穩(wěn)定性變壞。引入電價比Zr4+低的Ca2+(或Mg2+),可形成穩(wěn)定的立方螢石結構的固溶體。這樣,既防止了制品的開裂,又增加了晶體中缺陷濃度,使燒結加快.
3. 抑制品粒長大,燒結后期晶粒長大,對促進燒結致密化有重要作用。但若二次再結晶或間斷性晶粒長大過快,會使晶粒變粗、晶界變寬而出現(xiàn)反致密化現(xiàn)象并影響制品的顯微結構。這時,可通過加入能抑制品粒異常長大的添加劑來促進燒結,在燒結透明Al2O3 制品時,為抑制二次再結晶,消除晶界上的氣孔,一般加入MgO或MgF2,高溫下形成鎂鋁尖晶石包裹在Al2O3 晶粒表面,抑制了晶界遷移的速度,并促使氣孔的排出,對促進耐火磚坯體的燒結具有顯著的作用。
4. 形成液相。添加劑在燒結過程中形成液相。液相形成的原因可能在于兩方面:添加劑本身的熔點較低,添加劑與燒結物形成多元低共熔物;由于液相的傳質(zhì)阻力小、傳質(zhì)速度快,從而降低了燒結溫度和提高了坯體的密度。例如在制造95% Al2O3 陶瓷時,一般加入CaO和SiO2,當CaO:SiO2=1時,由于生成CaO- Al2O3- SiO2液相,從而使材料在1540℃就能燒結。應該指出的是,能促進形成液相的添加劑并非都會促進燒結,如向Al2O3 中加入部分堿金屬氧化物就會嚴重妨礙其燒結。另外,形成液要雖然有利于燒結,但會嚴重影響材料的高溫性能,故必須統(tǒng)籌考慮。