本站小編為你精心準備了高鋁礬土的燒結動力學特點參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1結果與討論

1.1溫度對礬土燒結致密化的影響圖1為樣品線收縮率與溫度關系曲線。圖2為不同溫度煅燒后樣品的體積密度和顯氣孔率。隨溫度升高，線收縮率呈指數形式增長，燒結致密化作用逐漸增大，1100℃時，樣品出現一定的燒結收縮但燒結作用較小；1300℃時，樣品燒結收縮明顯，體積密度顯著提高；高于1500℃時，樣品體系密度大幅提高，線收縮率繼續增大；當高于1550℃，樣品線收縮率的增幅略有降低。王金相等［4］將我國DK型高鋁礬土燒后相組成與Al2O3含量（質量分數）的關系歸納如下圖3為Al2O388生坯的XRD譜。由圖3可知，Al2O388的主要礦物相為一水鋁石（diaspore）和高嶺石（kaolinite），屬于DK型高鋁礬土。將表1數據代入式（1），得到玻璃相含量約為9．19％（所得到的計算結果一般比實際玻璃相含量值偏低），可見高鋁礬土（Al2O388）的燒結為液相燒結［9］。

1.2礬土燒結動力學圖4為樣品分別于1450、1500和1550℃保溫不同時間得到的線收縮率與時間對數擬合曲線。從圖4可見，樣品線收縮率與時間在對數的雙坐標下呈現良好的線性關系，即隨燒結時間延長，燒結速率呈指數形式增加，樣品的氣孔率逐漸降低，致密度逐漸增大。其中：ΔL／L0為樣品的線收縮率；t為燒結保溫時間；1／P為反應級數；K為燒結速率常數；Q為該組成的燒結激活能；T為絕對溫度；A為與界面張力、擴散系數和顆粒半徑相關的常數；R為氣體常數。將各個溫度下的lg（ΔL／L）與lgt數據代入式（2），線性回歸得到燒結動力學方程，如表2所示，方程所對應的截距為該溫度下的lgK。對于保溫時間相同的樣品，溫度越高，燒結速率常數K越大，說明燒結溫度的提高有利于燒結的進行。而隨保溫時間延長，溫度越高的樣品致密性提高幅度越小。Kingery將液相燒結過程分為顆粒重排、溶解－－沉淀以及燒結后期氣孔的產生和融合階段。研究表明［10］：對于窄顆粒尺寸分布的樣品，少量液相存在時通過顆粒排布可以達到理論密度的74％。若以開口氣孔完全消除的樣品密度作為理論密度其中：ΔV為樣品燒結后的體積收縮大小；V0為生坯體積；r為顆粒直徑；k1和k2為比例系數；δ為液膜厚度；D為擴散系數；c0為初始元素濃度；γLV為液－－氣表面能。由于式（4）中模型是以液相燒結機理中溶解－－沉淀過程為前提的，并且設定該溶解－－沉淀過程由顆粒間相界發生的化學反應決定。若滿足該模型的比例關系，其燒結則由溶解－－沉淀過程所控制。實驗中ΔL／L0與t的指數關系參數接近但并不完全符合式（4）中的關系參數，表明1450和1500℃時溶解－－沉淀機理在Al2O388液相燒結過程中起了重要作用，但由于礬土液相是復雜的多元系，不同溫度下液相數量和性質不斷發生變化，一定程度上影響著液相燒結。將表2數據代入式（3），經線性回歸分析，可知lnK與1／T呈線性關系。由直線斜率計算得到Al2O388的燒結激活能約為289kJ／mol，純Al2O3陶瓷的燒結激活能為690kJ／mol［12］，說明液相的存在有助于燒結。

1.3礬土的物相組成和微觀結構圖5為不同溫度煅燒后的Al2O388的XRD譜。由圖5可見：1100℃時，礬土主晶相為剛玉，有少量金紅石存在；溫度升至1300℃，主晶相由剛玉假相變為剛玉相，金紅石轉變為鈦酸鋁，同時有少量莫來石相出現；溫度繼續升高，莫來石衍射峰變得尖銳，晶粒發育更好。剛玉衍射峰高度在1500和1600℃時均低于1400℃的，一方面是由于鈦酸鋁和玻璃相數量增多；另一方面是由于隨著溫度的升高，溶解于液相中的剛玉量增加所。圖6為Al2O388在不同溫度煅燒4h后的顯微結構。由圖6可見：1100℃時，樣品未出現明顯的燒結，整體結構松散，此時液相尚未大量形成，燒結作用較小（見圖6a）；1400℃燒結后，在液相的作用下，顆粒之間有一定聚集趨勢，小氣孔逐漸連通成大氣孔（見圖6b），此時主要為顆粒重排階段，影響燒結的主要因素為潤濕角和表面張力。燒結開始階段，液相形成量較少，但對顆粒重排階段，影響燒結的主要因素為潤濕角和表面張力。燒結開始階段，液相形成量較少，但對顆粒的潤濕效果顯著，所產生的毛細管力使顆粒出現滑移，促進重排。適當提高溫度，液相量增多，液相黏度降低，Al元素在玻璃相中的傳質加，樣品致密化速率增大，小顆粒聚集形成大顆粒，液相重排基本完成（見圖6c）。燒結開始進入顆粒溶解－－沉淀階段，顆粒相互接觸擠壓，壓應力使顆粒接觸處溶解度提高，從而出現不斷的溶解，并遷移到其它壓應力小的表面析出。由于剛玉晶粒在液相中有一定的溶解度，顆粒間通過液相完成溶解－－沉淀過程，實現快速顆粒傳質，以促進致密化。1600℃時，樣品已基本完成燒結，進入后期重結晶階段。樣品氣孔率低且多為閉氣孔，結構主要由發育長大的粒狀剛玉構成，尺寸多為10～20μm，晶粒與晶粒間孔隙由液相和鈦酸鋁填充（見圖6d）。

2結論

1）提高燒結溫度增加了Al2O388礬土的液相量，提高了燒結速率，改善材料的致密性。2）通過等溫燒結動力學，得到1450、1500和1550℃時Al2O388礬土的線收縮率與時間在對數雙坐標下關系曲線，二者呈現良好的線性關系，Al2O388礬土的燒結激活能為289kJ／mol。3）等溫燒結動力學方程證實Al2O388礬土的燒結機理符合液相燒結的3個過程：顆粒重排、溶解－－沉淀及氣孔的產生和融合等過程。高于1100℃時，樣品液相量增多，在毛細管力作用下出現顆粒重排；1500℃時，樣品基本完成顆粒重排進入溶解－－沉淀階段，剛玉晶粒在液相中的溶解可加速傳質，促進致密化；1600℃時，燒結進入后期重結晶階段，剛玉晶粒發育長大，形成閉氣孔。

作者：楊歡迎李勇劉淑龍高長賀李燕京馬淑龍王林俊單位：北京科技大學材料科學與工程學院北京通達耐火技術股份有限公司