摘要
镁铝尖晶石材料(MgAl2O4)是一种性能优异且无碳的材料，其具有高熔点(2135℃),高硬度(16GPa),低热膨胀系数(8.0×10-6℃-1)，以及优异的抗热震性、抗侵蚀性等一系列优点，因而被广泛应用于钢铁冶金领域。目前，镁铝尖晶石材料的制备通常采用固相反应烧结法，存在难以致密化的缺点。随着冶金高温行业的不断发展，人们对镁铝尖晶石材料性能的要求也越来越高。单一制备镁铝尖晶石材料已无法满足服役需求，因此，提高镁铝尖晶石材料性能有待进一步研究。 本文以轻烧氧化镁、白刚玉和电熔镁铝尖晶石为原料，镁铝溶胶为结合剂，采用一步固相反应烧结法成功制备了镁铝尖晶石材料。首先研究了试样原料配比中混合粉体含量和成型压力对镁铝尖晶石材料性能的影响，确定了适宜的原料配比和成型压力。然后以氧化钇稳定氧化锆、氧化铈和氧化镧为添加剂，系统研究了添加剂的加入量(1wt.％、2wt.％、3wt.％)对合成镁铝尖晶石材料线收缩率、体积收缩率、显气孔率、体积密度、常温耐压强度和一次热震循环后残余强度保持率的影响。本文获得的结论如下: (1)原料配比、成型压力是影响镁铝尖晶石合成的主要因素。在相同的成型压力下，提高混合粉体含量w(MgO+Al2O3),试样线收缩率和体积收缩率减小，显气孔率和常温耐压强度增大;随着生坯成型压力的增大，试样致密化程度提高。适宜的制备条件为:原料配比为w(MgO+Al2O3)∶w(MgAl2O4)=80∶20,成型压力为200 MPa。 (2)共同添加YSZ、CeO2及La2O3可以显著改善镁铝尖晶石材料的烧结性能、力学性能和抗热震性能。添加1wt.％ YSZ、3wt.％ CeO2和3wt.％ La2O3且经1600℃烧结2 h可制备出线收缩率为2.05％、体积收缩率为3.51％、显气孔率为8.32％、体积密度为3.68 g·cm-3、常温耐压强度为191.23 MPa、一次热震循环后残余强度保持率为89.15％的镁铝尖晶石材料。 (3)单独添加高量氧化铈、氧化镧(3wt.％、6wt.％、9wt.％、12wt.％)可以一定程度提高镁铝尖晶石材料的烧结性能，但过高的氧化铈和氧化镧对试样抗热震性能造成不利影响，故两种稀土氧化物适宜的添加量为3wt.％。
NETL