PDF《氧分压对铁铝尖晶石稳定性的影响》

6 期 李志坚 等:氧分压对铁铝尖晶石稳定性的影响 ・

917 ・ 近年来,科研人员对铁铝尖晶石的合成做了大 量研究,主要集中在电熔法与反应烧结法.由于所 用的原料及营造还原气氛方式各异而衍生出来的烧 结法制备铁铝尖晶石的工艺差别很大[5C11] .制备工 艺的不同,合成的铁铝尖晶石物相组成与晶体中阳 离子的存在形式与分布状态存在差异,导致铁铝尖 晶石对氧的敏感性不同.应用于水泥回转窑烧成带 时,水泥生产过程中窑内气氛多变,对气氛较为敏 感的铁铝尖晶石易于氧化,造成镁铁铝制品使用性 能弱化;

反之,对气氛变化适应性较好的铁铝尖晶 石对提高镁铁铝制品使用性能有利.关于高温高压 及低氧环境中下铁铝尖晶石中阳离子的占位分布, 特别是 Fe2+ 的变化已有文献报道[12C16] ,但对于铁铝 尖晶石在氧含量变动的环境中发生的物理化学变化 并无具体研究. 基于此,有必要研究高温环境中不同氧分压对 铁铝尖晶石氧化行为及物相组成、 显微结构的影响, 研究结果对铁铝尖晶石材料的应用有重要意义

1 实验 1.1 样品制备 所用原料为反应烧结法制备的块状铁铝尖晶 石,其体积密度为 3.94 g/cm3 ,显气孔率为 14.1%. Fe2O3 质量分数约为 43.36%,Al2O3 质量分数约为 56.64%.将原料制成 1.000~0.088 mm 的样品,分别 称取

3 组(25.00±0.01) g 的样品置于氧体积分数分别 为0.3%、8.0%和18.0%(对应编号为 H0.

3、H8.0 和H18.0)的热重分析仪中进行热重实验. 1.2 样品表征 用X′Pert Powder X 射线仪分析铁铝尖晶石的 物相组成,扫描范围:10 °~90 °,Cu Kα 射线,λ= 0.154

060 nm,电压

40 kV,电流

40 mA.用配有 X-MAX50型能谱仪的ZEISS ∑IGMA型扫描电子显 微镜分析样品的组织结构.样品的氧化情况通过样 品质量增加率表示,质量增加率根据式(1)计算: Δmt=(mtCm0)/m0 (1) 式中: m0 为样品原始质量;

mt 为t温度下样品的质量. 热重分析试验装置示意图如图

1 所示.吊篮下 端置于炉内恒温区,吊篮上方与精度为 0.01 g 的天 平相连接,电炉温度、样品质量变化等参数由计算 机控制和记录. 热重分析仪底部有气体流量控制阀, 调节炉内氧含量, 顶部气体出口连接氧含量测试仪, 时时检测炉内氧气变化.热重实验温度设置为 25~

1 400 ℃,升温速率为 2.5 ℃/min. 图1试验装置 Fig.

1 Experimental apparatus

2 结果与讨论 2.1 热重分析 图2为样品氧化质量增加率随温度变化曲线. 从图

2 可以看出,H0.3 样品质量增加速率非常缓慢,

800 ℃质量增加率基本恒定为 1.318 8%;

H8.

0、H18.0 样品在 450~800 ℃之间质量增加率与温度基本成 线性关系,且H8.0 样品质量增加速率相对 H18.0 高,

1 000 ℃左右质量增加均达到恒定值,分别为 4.013 2%、3.424 3%. 图2样品质量增加率随温度变化曲线 Fig.

2 Rate of mass gain (Δm) versus change of temperature 2.2 物相分析 图3为铁铝尖晶石原料的X射线衍射(XRD)谱. 从图

3 可以看出,原料的结晶物相基本为纯净 FeAl2O4 相,结构精修后铁铝尖晶石结构式为 IV (Fe0.865Al0.135)VI (Al1.865Fe0.135)O4,有少量 Fe2+ 据八 面体空隙位置. ・

918 ・ 《硅酸盐学报》 J Chin Ceram Soc, 2016, 44(6): 916C920

2016 年图3铁铝尖晶石原料的 XRD 谱Fig.

3 XRD patter of raw material of hercynite 图4为热重试验后样品的 XRD 谱.从图