無機非金屬材料英語論文翻譯.doc

Henan University of Urban Construction 無機材料專業(yè)英語 課程設(shè)計專業(yè)：無機非金屬工程班級： 0134091學號： 013409128姓名: 王峰指導老師：徐開東 成績：土木與材料工程系 2012年05月 有關(guān)堿土氧化物對相的形成和莫來石 陶瓷的形態(tài)發(fā)展的研究摘要：將對莫來石（3Al2O32SiO2）相的形成和陶瓷形態(tài)發(fā)展有影響的包括氧化鎂，氧化鈣，氧化鍶，氧化鋇在內(nèi)的堿土氧化物和活性炭組成的混合物，經(jīng)高能球磨后，進行研究。不同的堿土氧化物表現(xiàn)出對莫來石化行為和形態(tài)/莫來石陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展有不同影響。莫來石化的溫度隨著氧化鎂和氧化鋇的比例的增大而升高。莫來石晶須的形成和發(fā)展與氧化鎂的摻量有關(guān)，而與氧化鍶、氧化鋇和氧化鈣的的摻量有關(guān)的正常形狀的顆粒相比更好一點。這兩種莫來石的形成溫度和形態(tài)發(fā)展都是根據(jù)堿土氧化物的種類來定的，并對莫來石化機制和溶解沉淀方面進行了解釋。關(guān)鍵詞：莫來石 .堿土氧化物 各向異性晶粒的生長 莫來石化 1 前言 許多先進的技術(shù)和莫來石（3Al2O3.2SiO2）的熱學性能使它成為一種很有前途的工程材料， 莫來石粉體材料通常是通過氧化物之間的固態(tài)反應制得的。由于在莫來石晶格內(nèi)SI4+和Al3 +上網(wǎng)相互擴散率比較低，莫來石化動力學性能又是由其混合物的早期強烈的反應引起的。因此，能與Al2O3和SiO2（石英）發(fā)生固態(tài)反應的莫來石相形成溫度可以高達1600攝氏度。不同的種類可以降低莫來石相形成溫度。例如，使用-氧化鋁與二氧化硅形成的無定形顆粒溶膠，可以使莫來石的形成溫度降到1400-1500攝氏度。如果使用納米級-Al2O3顆粒，莫來石化的溫度可進一步降低1300攝氏度。溶膠-凝膠過程是降低莫來石形成溫度的另一種方式。在此過程中，前期是在原子水平上的混合，使莫來石的形成可以大大增強。莫來石化的溫度通常是900-1200攝氏度。溶膠-凝膠過程的缺點，也就是涂料的方法，包括復雜的實驗過程，昂貴的化學用品的和較低的生產(chǎn)量。這些缺點的改變將是促進莫來石陶瓷替代普通工藝的有效途徑。高能球磨的目的是使金屬氧化復合材料分散均勻，隨后進行機械合金化，這種機械現(xiàn)已被應用到陶瓷材料的制備中，有些化合物可以直接通過高能球磨合成。例如，鋯鈦酸鉛在一定時間內(nèi)可以由氧化鈦、氧化鉛、氧化鋯經(jīng)高能球磨機研磨制的，快慢取決于研磨介質(zhì)和銑削參數(shù)。而其他材料，如鈦酸鋇和鎂鋁尖晶石在用高能球磨機研磨之前需要進行低溫處理，對這些材料進行前期研磨可以增強相的形成能力，并且在球磨或在冷卻處理過程中都會有直接的反應。我們本來打算采用高能球磨機來實現(xiàn)莫來石陶瓷的低溫制造，然而，通過高能量球磨機得不到致密的莫來石陶瓷，反而得到了莫來石晶須。另外我們還發(fā)現(xiàn)，加入其他氧化物可以改變莫來石化行為和莫來石的尺寸，許多種氧化物我們都已經(jīng)研究過了，而在最近的研究中，我們主要是通過高能球磨機來研究堿土氧化物對莫來石化行為和形態(tài)/微觀發(fā)展氧化鋁石英混合物的影響。這是很有意義的，最終發(fā)現(xiàn)莫來石晶須只在有氧化鎂的情況下生成，而在氧化鈣，氧化鋯和氧化鋇存在的情況下可以得到各向異性不明顯的致密莫來石陶瓷。這些觀點可以通過溶解 - 沉淀機制來解釋。2 實驗 市售二氧化硅（石英，99+純度，Aldrich公司，美國），氧化鋁（純度大于99，Aldrich公司，美國），氧化鎂，氧化鈣，碳酸鍶，碳酸鋇粉末被用作初始原料,混合組成（3Al2O32SiO2）0.9（MO）0.1（M：鎂，鈣，鍶，鋇）。 “這種粉末是以氧化鋯為介質(zhì)用傳統(tǒng)的銑削加工進行了第一次混合，混合粉末的活性可以由高能球磨機激活，銑削操作就是運用瑞馳PM400型行星氣體粉磨系統(tǒng)進行操作的，然后在室溫下保持5小時，在200 rpm的銑削速度下，用一瓶250毫升碳化鎢和100個直徑為10mm的碳化鎢球來作為球磨介質(zhì)。球粉重量比率為約40:1。磨碎的粉末在50MPa壓力下壓成的直徑為10mm的顆粒，這種綠色的顆粒在瑞和豐式爐中進行1600種燒成，并保持4小時，空氣溫度以10攝氏度 /分鐘的加熱和冷卻速率從1000攝氏度至1500攝氏度。 X射線衍射分析了粉末和燒結(jié)樣品在理學類型衍射與銅的K輻射中的應用，綠色顆粒的致密性是用塞塔拉姆16/18型膨脹儀系統(tǒng)在每分鐘升高10攝氏度的空氣氛圍下測定的，燒結(jié)樣品的微觀結(jié)構(gòu)是用JEOL JSM-6340F型電子顯微鏡（FESEM）檢查的，莫來石陶瓷的密度是用MD-200S型電子比重計并以水為液體介質(zhì)測定的。 圖1：不同溫度下燒結(jié)4小時的摻雜堿土氧化物混合物的XRD圖譜。 圖2：摻雜堿土氧化物的混合物的致密化行為3 結(jié)果與討論圖1顯示了摻雜堿土的氧化物樣品在不同溫度下燒結(jié)的XRD圖譜，圖中可以看到四組在1000攝氏度的時候燒結(jié)的XRD圖譜類似，其中氧化鋁和石英是主要的階段，對于氧化鎂和氧化鈣，是通過X射線衍射得到小峰221.69度的結(jié)果，這意味著石英方石英的燒結(jié)相變過程在這個溫度下發(fā)生。對于氧化鍶和氧化鋇的衍射圖，樣品中觀察不到方石英，這意味著摻入氧化鍶和氧化鋇可以抑制石英和方石英之間的相轉(zhuǎn)變。燒結(jié)1100攝氏度后，氧化鎂摻雜組出現(xiàn)了莫來石相，雖然來自氧化鋁和方石英的衍射峰仍然相當強勁，然而，其他三個組在此溫度下沒有形成莫來石，從圖中可以看出，石英和方石英的相變已經(jīng)完成，當燒結(jié)溫度升高到1200攝氏度時，氧化鎂摻雜組中莫來石化幾乎完成，而在氧化鈣和氧化鍶的摻雜組中莫來石化是主要階段，然而，在氧化鋇摻雜組中莫來石仍是在不成熟階段。 “氧化鎂摻雜組莫來石化的的溫度幾乎和摻雜氧化鋁、石英系統(tǒng)經(jīng)高能球磨后的溫度相同，而氧化鋇摻雜組中莫來石化樣品的溫度和摻雜無銑系統(tǒng)的溫度非常接近，我們以前的研究表明，高能球磨機可以降低莫來石化氧化鋁-石英的溫度200攝氏度左右，這些現(xiàn)象還表明，氧化鈣，氧化鍶和氧化鋇對莫來石相的形成有負面影響，這種影響的程度是在由氧化鈣氧化鍶氧化鋇這種關(guān)系決定的，所有樣品的衍射圖譜燒結(jié)在1300攝氏度或1300攝氏度以上幾乎是相同的。 圖2顯示了摻雜四種堿土氧化物樣品的致密化行為。在溫度低于1200攝氏度時沒有明顯的現(xiàn)象，四種堿土氧化物的曲線非常相似，然而，當溫度高于1200攝氏度時可以觀察到它們的差異很大。摻雜氧化鎂的樣品致密性最不明顯，摻雜氧化鈣，氧化鍶和氧化鋇樣品最大收縮分別為10.5，15.9和18.5。圖3顯示了氧化鎂摻雜樣品在不同溫度下燒結(jié)的SEM照片，在1000攝氏度下燒結(jié)的樣品含有等軸晶，這個溫度下莫來石相是不能形成的，在1100攝氏度下燒結(jié)的氧化鎂樣品晶須可隨時觀察，莫來石晶須隨著燒結(jié)溫度的提高而繼續(xù)成長，選擇幾張在1400攝氏度下燒結(jié)摻雜氧化鈣、氧化鍶、氧化鋇樣品的SEM圖像，如圖4所示，與摻雜氧化鎂組的樣品相比，這三個摻雜樣品堿土氧化物不表現(xiàn)出明顯的各向異性晶粒生長，相反，可以得到致密的莫來石陶瓷，這也證實了可以測量不同溫度下燒結(jié)樣品的密度 如圖5所示，事實上，摻雜氧化鋇樣品的密度之所以高于莫來石的理論密度，主要是由于高密度的氧化鋇在起作用。圖3。在燒結(jié)4小時后摻雜氧化鎂樣品的SEM照片：（a）1100，（b）1200，（c）1300，（d）1400和（e）1500。 莫來石相形成Al2O3-SiO2二元系統(tǒng)是由溶解-沉淀機制決定的已被普遍接受。在Al2O3-SiO2系統(tǒng)的燒結(jié)過程中，在相對較低的溫度下，形成富硅液體狀層，隨著氧化鋁成分溶解，莫來石核結(jié)晶氧化鋁濃度達到臨界水平，這液體狀層也可作為燒結(jié)助劑，以促進致密的燒結(jié)體，這被稱為瞬變流粘性燒結(jié)。如果莫來石相形成之前進行致密，就可以得到晶須，這是因為莫來石晶粒在不受約束的環(huán)境下有一個強烈的傾向，會隨著晶粒生長其各向異性生長進行，否則，致密莫來石陶瓷等軸晶將成為最終產(chǎn)品，用傳統(tǒng)的固態(tài)反應制備莫來石陶瓷，在氧化物加入前莫來石相的形成需要非常高的溫度。這主要是因為市售Al2O3和SiO2（石英）組成的顆粒非常大，使溶解Al2O3非常困難，這反過來又導致莫來石化后發(fā)生致密化，在這種情況下，莫來石顆粒的各向異性不能生長，因此，莫來石晶須是不可用的，高能量球磨機可以減少氧化物前體顆粒納米尺度，精致的前體具有很高的活性，導致莫來石化的溫度低于致密化的溫度。所以可以得到莫來石晶須，因此，建議用不同的方法研究堿土氧化物對富SiO2液體狀的不同階段的特點的影響。 氧化鎂和氧化鋇是氧化鈣和氧化鍶兩者之間兩種極端情況，氧化鎂-氧化鋁-氧化硅系統(tǒng)與高能球磨氧化鋁-氧化硅系統(tǒng)相似，然而氧化鋇-氧化鎂-氧化硅系樣本演示的莫來石化像沒有銑削的純Al2O3-SiO2系混合物，需要進一步進行努力，以修正堿土氧化物的這些影響。圖4。在1400C燒結(jié)4小時后摻雜樣品的SEM圖像：a氧化鈣b氧化鍶c氧