在尖晶石结合浇注料中尖晶石的结构分析
晶体化学论文 10
尖晶石型陶瓷材料的结构，性质及应用探究摘要：分析了尖晶石的晶体结构，几种不同的类型以及其的性质，重点就尖晶石型陶瓷材料的介电、磁性能以及半导性质进行了阐述，并对其应用做了简单表述。
关键词：尖晶石型结构特征性质与应用1.序言从广义上讲，尖晶石是指所有属于尖晶石族的矿物，它们多是由熔融的岩浆侵入到不纯的灰岩或白云岩中，经过接触变质作用而形成，化学通式是AO·B2O3或AB2O4，其中，A 代表二价金属离子，例如镁、铁、镍、锌，B代表三价金属离子[1]，例如铝、铁、铬、锰。
人们通常以B位离子来命名，如铝尖晶石、铁尖晶石、铬尖晶石。
而习惯于把铝镁尖晶石称为尖晶石。
2.尖晶石的晶体结构特征尖晶石的晶体结构属于七大晶系中的等轴晶系，六八面体晶类Oh-m3m(3L44L36L29PC)。
常呈八面体晶形，有时与菱形十二面体和立方体成聚形。
常依(111)为双晶面和接合面构成尖晶石律双晶。
基本结构是四面体与八面体层相间，四面体与八面体数之比为1:2。
氧原子为立方紧密堆积，即氧按ABC的顺序在垂直于(111)晶面的方向紧密堆积。
三价金属阳离子占据六次配位的八面体空隙，二价金属阳离子占据四次配位的四面体空隙。
这种结构称为正常尖晶石型结构。
若二价金属阳离子和半数三价金属阳离子占据八面体空隙，另半数三价金属阳离子占据四面体空隙，则构成反尖晶石型结构[1]。
如TiMg2O4，TiZn2O4，TiMn2O4。
除此之外还有混合型中间状态的存在。
最后使每个晶胞中的8/64的四面体间隙和16/32的八面体间隙被填充。
根据经验数据可将大部分二、三价离子的优先顺序排出：Zn2+，Cd2+，Ga2+，In3+，Mn2+，Fe3+，Mn3+，Fe2+，Mg2+，Cu2+，Co2+，Ti3+，Ni2+，Cr3+，越往前倾向于四面体填隙，反之则倾向于八面体填隙[2]。
尖晶石族矿物有很多种固溶体，这是因为尖晶石中类质同象替代现象很普遍，在晶体结构不改变或晶格没有任何变形的情况下，其中的组分可以被这组矿物中的其他组分大量的代替。
尖晶石耐火材料
使用特点
钢水精炼过程中使用的尖晶石耐火材料主要分为尖晶石砖和尖晶石浇注料两种。在显微结构上，尖晶石矿物 均匀地分布在方镁石中，晶体尺寸在5~20μm之间，故镁铝尖晶石砖的热震稳定性和抗渣性较好。
理想的尖晶石的成分为：Al2O38%~20%，CaO0.5%~1.0%，Fe2O30.2%~0. 8%，SiO2<0.4%，BO等碱性杂质 <0.3%，其余的成分为MgO。在这些合适的范围内，当加人ZnO时，其热震稳定性提高，8次热循环后(从1000℃高 温中取出，放入空气中骤冷)，强度几乎不变，仍在200MPa以上，同时抗渣性也表现较好。国外学者研究了Al2O3 含量分别为47%和69%的富镁、富铝尖晶石抗CaO-AlO3-SiO2渣的侵蚀性，结果表明：富镁尖晶石有较好的抗渣侵 蚀性，在渣和耐火材料界面上生成的MgO(Al，Fe)2O3复合尖晶石层的量与尖晶石中的氧化镁含量成正比，它抑制 了渣的直接侵蚀；富铝尖晶石有良好的抗渣渗透性，耐火材料中的氧化铝和渣中的氧化钙反应，在钢渣-耐火材料 界面上生成CaO-Al2O3化合物，可以抑制渣的渗透，尤其是高碱度炉渣的渗透。
(2)湿化学法。采用湿化学方法，如氢氧化物共同沉淀法、碱土金属无机盐或有机盐的溶胶-凝胶法喷雾干燥 法和冷冻干燥法等，可成功制备高纯尖晶石粉末。
(3)高能球磨法。高能球磨法最初用来制备纳米材料，随着研究的不断深人，现被用来合成尖晶石材料。利 用机械能直接参与或引发化学反应是一种面会产 生许多破键，使粉末内部存储大量的变形能和表面能。这样，一方面可降低烧结温度，另一方面，由于长时间粉 磨，会促使非晶态物质的形成。
镁铝尖晶石质耐火材料
镁铝尖晶石(也称尖晶石)的化学式为MgO。Al2O3含MgO 28.3%， Al2O371.7%熔点2135℃，镁铝尖晶石与镁 铬砖相比，主要优点是对还原气氛、游离CO2、游离SO2/SO3及游高K2O/Na2O的抗侵蚀性强，以及具有较好的热 振稳定性与耐磨性。尖品石质耐火材料可分为三类：方镁石-尖晶石耐火材料，Al2O3含量<30%；尖晶石一方镁石 耐火材料，Al2O3含量为30%~68% ；尖晶石耐火材料，Al2O3含量为68%~73%。
铝镁尖晶石浇注料理化指标氧化镁含量6%
铝镁尖晶石浇注料理化指标氧化镁含量6%
对于铝镁尖晶石浇注料，氧化镁（MgO）含量6%表示该浇注料中氧化镁占总质量的6%。
铝镁尖晶石浇注料是一种高温耐火材料，主要由铝尖晶石和镁铝尖晶石组成。
氧化镁是其中的一个重要成分，可以提高浇注料的抗热震性、耐磨性和耐火性能。
除了氧化镁含量，其他对铝镁尖晶石浇注料理化指标可能包括：•Al2O3含量：铝氧化物（Al2O3）含量反映了铝尖晶石的含量，也是评估耐火材料耐火性能的重要参数之一。
•SiO2含量：硅氧化物（SiO2）含量对于铝镁尖晶石浇注料的熔化温度和流动性有影响，通常需要控制在一定范围内。
•密度：浇注料的密度是指每单位体积所含质量，可用来评估材料的均质性和结构紧密度。
•抗折强度和耐火度：这两个指标反映了浇注料的力学强度和抗高温性能。
需要根据具体应用和要求，结合各项理化指标来选择合适的铝镁尖晶石浇注料。
这样可以确保材料能够满足预期的使用性能和耐用性。
尖晶石型结构的名词解释
尖晶石型结构的名词解释在材料科学领域中，尖晶石型结构是一种具有独特晶体结构的重要材料。
它的名称源自于其晶体的形状和排列方式，类似于尖晶石矿石的结构。
尖晶石型结构具有多种应用，包括电子、磁性、光学和催化等领域。
本文将对尖晶石型结构进行深入解释，并介绍它在不同领域的应用。
1. 尖晶石型结构的特征尖晶石型结构是指一类晶体结构，其晶胞中包含离子或原子的特定排列方式。
尖晶石型晶体通常由正十二面体和八面体堆砌而成，具有高度有序的结构。
在尖晶石型结构中，阳离子通常位于正十二面体的空隙中，而氧化物阴离子或其他阴离子则位于八面体的空隙中，形成了一种紧密堆砌的排列方式。
2. 尖晶石型结构的应用2.1 电子应用尖晶石型结构的材料在电子应用中具有广泛的用途。
例如，尖晶石型结构的氧化物是一类重要的半导体材料，可用于制造高效的电子器件。
此外，尖晶石型结构的材料还广泛应用于电池和电容器等能源存储设备中。
2.2 磁性应用尖晶石型结构的材料在磁性应用中也发挥着重要作用。
由于该结构具有复杂的磁性相互作用，尖晶石型材料通常具有良好的磁性性能，如高磁饱和磁感应强度和低磁滞回线损耗。
这使得它们成为制造磁记录介质、电机和变压器等设备的理想材料。
2.3 光学应用尖晶石型结构的材料还被广泛应用于光学领域。
该结构的特殊排列方式使得尖晶石型材料具有优异的光学性能，如高透明度、低色散率和良好的光学吸收特性。
因此，尖晶石型材料被用于制造透明陶瓷、激光器、红外光学元件等。
2.4 催化应用由于尖晶石型结构的材料具有独特的晶体结构和离子排列方式，使得它们在催化应用领域具有很好的性能。
尖晶石型材料通常具有高度可控的表面活性位点、大的比表面积和良好的催化稳定性。
这使得它们成为催化剂的理想选择，用于促进化学反应、清除有害气体和合成高附加值化合物等。
3. 结论尖晶石型结构是一种具有独特晶体结构的重要材料。
其特殊的排列方式使得尖晶石型材料在电子、磁性、光学和催化等领域都具有广泛的应用。
尖晶石对刚玉基浇注料热震稳定性能的影响 张宁
尖晶石对刚玉基浇注料热震稳定性能的影响张宁摘要：分别以板状刚玉为主要原料，以氧化铝微粉、纯铝酸钙水泥为结合剂，研究了预合成尖晶石和原位生成尖晶石对刚玉基浇注料性能的影响。
研究结果表明：随着尖晶石粒度的减小、预合成尖晶石加入量的增加，热震稳定性能升高，但抗折强度有降低的趋势，烧后试样的线变化由收缩变为膨胀。
关键词：预合成尖晶石；原位生成尖晶石；刚玉基浇注料；热震稳定性能；镁铝尖晶石的化学式为MgAl2O4或MgO•Al2O3，理论含MgO 28.3%，Al2O3 71.7%。
镁铝尖晶石具有良好的抗侵蚀能力[1]、抗磨蚀能力，热震稳定性好[2]。
在陶瓷基体中引入第二相，由于热膨胀系数的不同，冷却时可以产生热应力，在材料内部产生残余应力场。
如果热膨胀失配较大，则热应力场将导致显微裂纹。
镁铝尖晶石和刚玉相的热膨胀系数有较小的差异，可以在材料基质中因失配而产生增韧的作用，很多专家[3-5]都进行过相关研究。
本工作研究了尖晶石的不同粒度和加入量对刚玉基浇注料热震稳定性能的影响。
1 试验1.1原料及试验方案本试验按骨料与基质70:30的质量比进行配料，基础配方见表1。
采用两种方案：（1）研究预合成尖晶石粒度的影响尖晶石粒度分别选用5-3mm、3-1mm、1-0mm和180目，固定尖晶石加入量为15%，分别等量替代基础配方M中的板状刚玉。
（2）研究预合成尖晶石加入量的影响固定尖晶石粒度为180目，选择加入量分别为1a%、2a%、3a%、4a%、5a%、6a%和7a%，分别等量替代基础配方M中的板刚玉粉。
1.2试验过程和性能检测按照设计好的配方配料，分别浇注成型尺寸为40 mm×40 mm×l60 mm的条形试样，室温下养护24 h后脱模，经110 ℃ 16 h烘干后，进行1600 ℃ 3 h处理，检测试样的线变化率、显气孔率和常温抗折强度。
将经过1600 ℃ 3 h处理后试样，经过1100℃ 20min水冷热震1次后，检测常温抗折强度，并计算抗折强度保持率，以评价热震稳定性能。
尖晶石含量对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响
入 不仅 可 以避免 这 种效 应 ， 还 可 以 提高 抗 Ｆ ｅ Ｏ 的侵
蚀性 。碳 化硅可 以有 效 减 少渣 的渗 透 ， 而 尖 晶 石 可 以有 效地 提高抗 渣 侵蚀性 。 本工 作通 过改 变 尖 晶 石 的加 入 量 ， 对 比 了分 别
渣通 过不 同 的化学 反应 生成 不 同的低熔 点相 侵 蚀铁
部产 生热 应力 ， 这些 热 应 力 会 导 致 裂纹 的形 成 从 而
量高 ， 可 以提高 材料 的抗侵 蚀性 和热 震稳 定性 ， 但也
增 多 了被 氧 化 和 被 Ｆ ｅ Ｏ侵 蚀 的机 会 。尖 晶 石 的 加
降低 其使 用寿命 。液态铁 氧 化后会 侵蚀 浇注 料 的组
分并 形成 低熔 点 的化合 物 ， 从 而 降低浇 注料 的性 能 。
料 。随着 碳 和尖 晶石 加 入 量 的变 化 ， 对 比研 究 了物 理 和力学 性能 ， 以及 相组 成 、 抗渣 性和 显微 结构 的变
要 成分 。高 密度 和低 气孑 Ｌ 的刚 玉骨料 具有 良好 的力 学 性能 ， 能很 好地 抵 抗 渣 和 铁 的 侵蚀 。碳 作 为 一种 不 润湿 的组 分加 入 ， 可 以避免 熔 融 渣 铁 在 浇 注 料 上 的附着 ， 使 材料 具 有抗 侵 蚀 性 能 。碳 化 硅也 因 为 相 似 的原 因加 入 ， 同时 也 是 因 为其 在 非 氧 化 物 中 具 有
１ 简 介
高炉 出铁 沟起 着在 出铁后 将铁 水 和熔 渣运送 至 各 自的运 输容器 中 的作用 ， 也 具 有在 流动 过 程 中分 离铁 和渣 的功 能 。 因此 ， 出铁 沟 用 耐火 材 料 会 受 到
中的烧 结 。因而 ， 发现 常温 抗折 强度 、 常 温耐 压强 度 和高温 抗折 强度 等性 能随 着碳化 硅 加入 的增 加而 降 低 。碳 化硅 还可 以 作 为体 积 稳 定 剂 ， 在 使 用 过 程 中 可 以减 少线 变化 ， 还 可 以提 高 材 料 的 热 导率 。碳化 硅 的体 积稳 定性 和 高热导 率有 助于 减少 材料 的热 震
含有纳米氧化铝颗粒的铝尖晶石自流耐火浇注料的显微结构及物相演化
益增 长 。这 促使研 究人 员和制 造商 对它们 的特 点进
粉 末 （ ＝ ３ ｍ） 由美 国英 佛 曼 先 进 材 料 有 限 公 ４ｎ
司 生产 ，其 化 学组 成 和物 理参 数如 表 ３所 示 。
表 １ 氧 化 铝 尖 晶石 耐 火 浇 注 料 的原 料 和 组 成
标 有 ：耐 渣 高 碱 性 腐 蚀 、耐 熔 融 金 属 和 渣 浸 透 、 耐剥 落 和 热 强 度 。总 体 来 说 ，耐 火 浇 注 料 可 以被 看 成 一 种 以结 合 相 为 基 质 、以 骨 料 为 强 化 颗 粒 的 复合 材 料 。 人们 常 把 含 有 细 （ — ０ ￣ １ １０ ｍ）和 超 细 （ｌ ＜ ｍ）粉 末 的耐 火 浇 注 料 在 衬 板 和 高 温 工 作 中
第３ 卷 第５ ７ 期
２１ ０ ２年 １ ０月
耐 火 与 石 灰
・３ ９・
含有纳米氧化铝颗粒 的铝 尖 晶石 自流 耐 火 浇 注 料 的显微 结构 及 物 相 演 化
摘 要 ：通过 观察加入 了纳米 氧化铝颗粒 的氧化铝 尖晶石 自流耐火 浇注料在 不同温度 下的显微 结构和物 相组
衬垫 区 。Ａ Ａ Ｍｇ １ 和 １ 一 Ｏ浇 注 料 的性 能 在 过 去 ０ Ｏ 的几 年 中被 深 入 研 究 。 导 致 耐 火 浇 注 料 发 展 的 指
氧化 铝 尖 晶石 自流耐 火 浇 注 料 成 分 如 表 １所 示 。所 用原 料 化 学 成 分 如 表 ２所 示 。纳 米 氧 化 铝
尖晶石
酷似红宝的火光宝石--尖晶石摘要：尖晶石是尖晶石亚族的代表性矿物。
其光泽柔和、质地坚韧。
属于氧化物矿物类。
尖晶石以八面体形态、硬度大、尖晶石律双晶为特征。
基性岩、超基性岩中的尖晶石，由岩浆直接结晶形成，与辉石、橄榄石、磁铁矿、铬铁矿及铂族矿物等伴生。
在富铝贫硅的泥质岩石的热变质带亦可形成尖晶石，常与堇青石或斜方辉石共生。
透明无瑕、色泽美观者可做宝石。
名称由来：尖晶石Spinel名称的由来至今仍无法确定，较为可信的说法有两种：一是源自希腊文Spark，火光之意，形容其红艳似火的色泽；二是来自拉丁语Spina，即尖端，因为它的结晶外形为立方结晶，有一个尖锐的角，故以此命名。
化学组成：MgAl₂O₄。
MgO含量为28.2﹪，Al₂O₃含量为71.8﹪。
常含FeO,ZnO,MnO,Fe₂O₃,Cr₂O₃等组分。
与铁尖晶石Fe Al₂O₄和镁铬铁矿MgCr₂O₄具完全类质同象关系，晶体属等轴晶系的氧化物矿物。
晶体结构：等轴晶系；多为正尖晶石型结构，（即Mg²﹢IV[Al₂³﹢] VIO₄，罗马数字代表配位数），少数属混合型。
a。
=0.808nm；Z=8；对称型m3m；有时为八面体｛111}与菱形十二面体{110}的聚形。
可依（111）成接触双晶（尖晶石律双晶）。
物理性质：通常呈红色(Cr含量少于15﹪)，绿色（含少量正三价铁离子）或褐黑色（含正二、正三价铁离子）；玻璃光泽。
硬度8。
无解理；偶有平行（111）裂开。
相对密度 3.55(镁尖晶石)、4.39(铁尖晶石)、4.0~4.6(锌尖晶石)、4.04(锰尖晶石)。
偏光镜下的颜色随成分而变，无色、浅玖瑰色(镁尖晶石)、暗绿色(铁尖晶石)、浅灰白色(锌尖晶石)。
尖晶石为均质体，但锌尖晶石可有光性异常。
折射率：N=1.719(镁尖晶石)、1.835(铁尖晶石)、1.78-1.82(锌尖晶石)、1.92(锰尖晶石)。
淡红色和红色尖晶石在长、短波紫外光下发红色荧光。
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２０１０年６月 第３５卷第３期 耐火与石灰 ・４１・
在尖晶石结合浇注料中尖晶石的结构分析 摘 要：普通的水合镁盐和廉价的一水软铝石溶胶的混合物被认为是有经济效益的活性纳米尖晶石（１：１）粉 末的前身。它经机械化学处理后，在控制ｐＨ值、温度和时间的条件下凝皎，并在低温下煅烧。利用Ｘ一射线衍 射（ＸＲＤ）、红外光谱、差热分析、质子核磁共振（ＮＭＲ）和透射电子显微镜来研究水合尖晶石中低纳米晶体 域的初期形成。骨料表面上（ＯＨ）基的薄吸附层保护了尖晶石纳米粒子。对传统Ａ１ ０，尖晶石和Ａ１ ０，一ＭｇＯ浇 注料的选择属性和将尖晶石细粉用化学途径以相同的配方剖出的浇注料进行比较。在有商用尖晶石的耐火浇注 料中添加过量铝粉的情况下，其冷热强度最好，而通过活性氧化镁和沉淀的尖晶石细粉结合的工业尖晶石不是 非常令人满意。溶胶一凝胶尖晶石的性能与含有７８％氧化铝的预制尖晶石具有可比性。 关键词：一水软铝石；尖晶石；耐火浇注料；溶胶一凝胶 中图分类号：Ｔ０１７５．７３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—７７９２（２０１０）０３—００４１—０７
１ 前言 ‘在过去数年里，人们对应用于钢包的Ａ１ Ｏ。一 ＭｇＯ和Ａｌ，０ｒ尖晶石浇注料性能的研究表现出浓 厚的兴趣。浇注料改进的最重要的标准是抗炉渣 侵蚀和渗透性、耐剥落性、干燥性能和热强度。 虽然这两个品种已成功应用，但它们也有缺点： 例如预制尖晶石很昂贵，需要复杂的处理步骤； 原位尖晶石也有一些副作用，如ＭｇＯ加入量超过 一定限度时就会出现大量水化。近年来，浇注料 中掺人碳形成Ａｌ ０ 一ＭｇＯ—Ｃ和Ａｌ ０ 一ＳｉＣ—Ｃ系统， 它是一种替代办法。然而，在耐火材料中添加碳 并非总是环保．同时当“微粒石墨”被用作抗氧 化剂、涂料和粘合剂时，与严格的质量控制有关 的成本因素会上升。制备不定形耐火材料未来的 路线是利用改进的溶胶一凝胶方法合成纳米尖晶 石。尖晶石生成的大量负的自由能．高熔点和宽 范围的化学计量是尖晶石的一个优势。在以前的 工作中．已观察到化学上制备浇注料中的活性尖 晶石可能遇到与钢包的侵蚀状态相关的问题。它 潜在地检验了以一种可控的方式在尖晶石一氧化铝 浇注料中引入纳米显微特征的有用策略。然而在 这个领域还有一些未知的观点和新的发现，本项 研究将就此进行讨论。 如今纳米材料研究的某些方向得到了广泛的 开发。化学对这些材料的合成和改进发挥了重大 作用。为了满足人们浓厚的兴趣和不断增长的需 求，生产应用于各种技术的高品质陶瓷粉体具有 特别的意义。据了解，纳米材料尺寸的减少表明 了它在物理、化学及力学性能方面发生了大量变 化。本文通过简单的方法对结合活性尖晶石的高 铝质浇注料进行调查及开发，对生产稳定的尖晶 石纳米粉体的要求进行论述。 由于主要前体是一水软铝石溶胶，所以本文 对这种凝胶网络的演变和随后热变进行了讨论。 本文主要通过质子核磁共振（ＮＭＲ）、红外光谱、 透射电镜、ｘ一射线衍射（ＸＲＤ）和差热分析来确 定ＭｇＡｌｚＯ 纳米粒子的结构类别和由前体的转化。 在高温强度和物理性能的条件下，与纳米对应的 高铝尖晶石（Ｒ型）浇注料的性能比较是另一个 研究。在原位Ａ１ Ｏ 一ＭｇＯ浇注料中，沉淀的尖晶 石浇注料和Ｐ型（７８％Ａ１ ０，）尖晶石浇注料也是 研究的内容。
２试验 如上所述。尖晶石水凝胶在浇注料中超过一 定数量使用时会出现某些负面影响。由于这一点， 半干凝胶体（Ｇ和Ｃ）在低强度的机械化学处理 和９００。【二最佳煅烧的条件下被活化。改进的原位尖 晶石添加剂用２００目ＢＳ（＜７５￣ｍ）筛筛分后进行 制备。这些优良的材料（表１）被认为是浇注料 配料（表２）的各自基体的重要组分。来自市场 （表３）的两个预制的工业尖晶石粉末（Ｐ和Ｒ） 被放入新的浇注料中。分别使用这两种粉末以相 同的质量一次一种（即８．０％）。既轻又纯的ＭｇＯ 颗粒（记为Ｍ，表４）也被加入到配料（表２）中 ・４２・ ＲＥＦＲＡＣＴ０ＲＩＥＳ＆ＬＩＭＥ Ｊｕｎ．２０１０ Ｖ０１．３５ Ｎｏ．３
来制备原位高铝尖晶石（即ＭｇＯ—Ａ１ ０，）浇注料。 表１ 引入浇注料基质中的化学法合成的（Ｇ和Ｃ型） 改性尖晶石粉末的特殊性能 表２ 在基质中含有尖晶石添加剂的高铝质浇注料配方 组分 骨料：电熔白刚玉（粗、中、细） 基质（＜７５ ）： ’ Ａｌ２０３微粉，固定比率的两种形式： 活性Ａｌ２０３，７．７１．ｚｍ 板状自剐玉，ｌ１．３ ｍ 硅微粉：埃肯级（９８％ＳＩＯ ，Ｏ．８８％灼减量），０．１５１ｘｍ 耐火水泥（ＡｈＯ３ ７４．２％，ＣａＯ ２４．５％） 尖晶石添加剂【纯Ｍｇ０细粉或改进的Ｇ（或Ｃ）］ 细粉或预制的Ｐ（或Ｒ）细粉 合计 － 表３ 预制的镁铝粉的规格参数表 表４ 轻镁粉的化学等级规格参数表 Ｍｇｏ／ｏ￣ 晶相 真比重 平均粒度／ ｍ 面积／ｍ ・ｇ－ ｓｉｏ＃％ ＣａＯ／％ Ｂ２Ｏ３，％ ＡＩ２０３，％ Ｆｅ２０，，％ 灼减量（包括氯、羟基、碳酸盐、硫酸盐） 浇注料制备的过程（使用的添加剂为ＲＮ、 ＧＮ、ＰＮ、ＭＮ和ＣＮ）包括干混和湿混，为了提 高混合物的稠度需要混合３０ｍｉｎ。在一个特定时 间内料被放在模具中进行夯实。处于自流无振动 的原料适用于表面。所以样品必须湿混（２４ｈ）， 空气干燥（２４ｈ）和微波干燥（１１０℃时３天）。最 后，样品分别在９００ｏＣ、１ ２００ｏＣ、１ ５００℃和 ｌ ６００℃时被加热（５～８ｏＣ・ｍｉｎ ）并保温２ｈ。立方 体（２５．４ｍｍ￣２５．４ｍｍ￣２５．４ｍｍ）和条形模具 （１５０ｍｍ￣２５ｍｍ￣２５ｍｍ）被用来制备和研究这项工 作中所有的尖晶石浇注料。在这项研究中，尖晶 石浇注料的基体组成（表５）也被详细阐述。本 文通过与其它浇注料对比来检测ＲＮ型浇注料的 质量，特别在高温强度和物理性能方面。
表５ 无尖晶石浇注料的基质组成 组分 含量，％ 氧化铝微粉 高氧化铝／耐火水泥 硅微粉 合计
５８．８Ｏ ３５－３Ｏ ５．９０ １０ｏ．Ｏ
在氘氯仿和ＣｄＣ１ 为溶剂的前提下．利用布鲁 克的ＡＶ ３００Ｓ核磁共振光谱仪来研究干燥的一水 软铝石凝胶和纳米尖晶石粉末的质子核磁共振。 在空气中升温速率为１０Ｋ・ｍｉｎ一，使用ＮＥＴＺＳＣＨ 耐热分析仪进行差热分析（ＤＴＡ）和热重分析 （ＴＧＡ）。在溴化钾方法之后，利用ＪＡＳＣＯ刚ＩＲ一 ６７０获得分析红外光谱（ＩＲ）。通过标准的ＡＳＴＭ 方法来规定所有浇注料的常温耐压强度（ＣＣＳ）、 显气孑Ｌ率（Ａ．Ｐ．）和体积密度（Ｂ．Ｄ．）。取４个样 品的平均值作为试验结果。使用常规三点弯曲法 对５种条形样品进行高温抗折强度（ＨＭＯＲ）研 究（１ ４００ｏＣ）。使用镍过滤铜靶辐射的飞利浦分 析仪来对热处理后的浇注料样品进行Ｘ一射线衍射 分析。利用常用的水冷法（从８００℃到冷水）进行 抗热震性（剥落）试验，然后测定立方体残余的 ＣＣＳ值，进行５次循环。对Ｇ型煅烧（９００ｏＣ和１ ５００℃）粉末的较细部分进行ＴＥＭ分析．为了检 验它里面是否含有三维纳米尖晶石晶体。使用了 同样的模型Ｈｉｃａｃｈｉ Ｈ一６００（较亮的部分，５０ｋＶ）， 也用它对预制的“Ｒ”型尖晶石粉和化学上制备的 “Ｃ”型粉进行透射电镜分析。
３结果与讨论 ｆ 廉价的一水软铝石凝胶与水相容．并加人部
分镁盐制备尖晶石凝胶。用硝酸盐前体可以合成 稳定的一水软铝石溶胶。因此，在不同的温度下 ［图ｌ，（ａ）】根据煅烧后的一水软铝石Ｘ一射线衍射 图谱可以更好地理解尖晶石的转化。２００℃、 ５００￣Ｃ和８００℃的Ｘ一射线衍射谱，一水软铝石微晶
如 撕施 ２０１０年６月 第３５卷第３期 耐火与石灰 ・４３・
（ａ） ‘Ｕ・ Ｕ ＤＴＡ ｒｌｌ ２６０
．３℃ＴＧ／％
１ ０．１５ 。
［１】１ １５５ Ｏ℃’
． ‘ ０．１０
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一 图１ （ａ）随着温度的升高，一水软铝石的Ｘ一射线衍射相变化； （ｂ）一水软铝石凝胶的ＤＴＡ和ＴＧＡ图 （ｃ）干燥的一水软铝石凝胶的红外光谱图； （ｄ）干燥的一水软铝石凝胶的质子核磁共振图
的小部分区域产生了活性的Ａｌ２０，。据报道，由于 形成了大量的新表面，剩余的水在纳米一水软铝 石颗粒表面吸附。高于４００ｏＣ加热一水软铝石可产 生细的、层状的、多孔微观结构，导致形成＾ｙ— Ａ１２０ 的尖晶石结构。干燥的过程中，依赖于和新 表面形成有关的自由能的水分压和层间距能控制 样品的气孔率。所以，通过对＾ｙ—Ａ１ ０，相中间结 构的分析，可知在原料（一水软铝石凝胶）和产 物（镁铝尖晶石）之间可能存在某种关联。如果 立方体 一Ａｌ ０ 的公式表示为Ａ１ ．６７０ ，其中两个 Ａ１３＋离子存在于八面体空隙，然而０．６７Ａ１。 离子存 在于四面体空隙，那么它被认为是有缺陷的正尖 晶石（ＡＢ Ｏ ）。因此，如果一个受控的加热应用 于与镁盐混合的一水软铝石溶胶，通过局部化学 转化 一Ａ１２０，更快和更早地合成初期水合尖晶石 是可能的。在那种情况下，为了节约能源，低于 ４５０℃时ＭｇＯ和 一Ａｌ ０ 的活性因素可产生尖晶石 相 大量凝胶与氢氧化合物结合产生的机械化学
的活化作用可能对转化起促进作用。 低于一定的ｐＨ， 一Ａ１ＯＯＨ前体以不水解的 『Ａｌ（Ｈ２０）６］３＋存在。虽然形成了多种团，但是氨离子 和质子离子能稳定存在，并且在控制ｐＨ的情况 下可以聚合。中心ＡＩＯ 四面体被ｌ２个具有四面 体对称性的ＡｌＯ 八面体包围，并且酸铝比率决定 整个网络的紧密度。当达到８ｏ０ｃＩ＝时，这种物质里 的铝出现在有氧空位的多种坐标位置上。根据研 究．在尖晶石合成的过程中，研磨可以改变化学 键的状态。一水软铝石中羟基铝的某些八面体铝 部分转化为协调的四面体， 一Ａｌ Ｏ 的合成希望在 下 个阶段的早期。由于中间产物（ 一Ａｌ２０ ）含 有具有初期尖晶石特性的四面体和八面体铝，在 完全脱水前较接近＾ｙ—Ａｌ２０，的亲本材料的转变是 明显有意义的。由于这个原因，在尖晶石水凝胶 煅烧前．应用低硬度的机械化学处理。 一水软铝石凝胶的差热和热重分析报告【图 ｌ，（ｂ）１证实了，随着温度的不断升高，一水软铝