本文關鍵詞：動力學與控制學報，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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(shù)形式增長，燒結致密化作用逐漸增大，１１００℃時，樣品出現(xiàn)一定的燒結收縮但燒結作用較��；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(xù)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(zhì)量分數(shù)）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(shù)據(jù)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(shù)擬合曲線。從圖４可見，樣品線收縮率與時間在對數(shù)的雙坐標下呈現(xiàn)良好的線性關系，即隨燒結時間延長，燒結速率呈指數(shù)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(shù)；Ｋ為燒結速率常數(shù)；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(shù)和顆粒半徑相關的常數(shù)；Ｒ為氣體常數(shù)。將各個溫度下的ｌｇ（ΔＬ／Ｌ）與ｌｇｔ數(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)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��；Ｖ０為生坯體積；ｒ為顆粒直徑；ｋ１和ｋ２為比例系數(shù)；δ為液膜厚度；Ｄ為擴散系數(shù)；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(fā)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(shù)關系參數(shù)接近但并不完全符合式（４）中的關系參數(shù)，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(shù)量和性質(zhì)不斷發(fā)生變化，一定程度上影響著液相燒結。將表２數(shù)據(jù)代入式（３），經(jīng)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?yōu)閯傆裣�，金紅石轉(zhuǎn)變?yōu)殁佀徜X，同時有少量莫來石相出現(xiàn)；溫度繼續(xù)升高，莫來石衍射峰變得尖銳，晶粒發(fā)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(shù)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(xiàn)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�。ㄒ妶D６ａ）；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(chǎn)生的毛細管力使顆粒出現(xiàn)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(zhì)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(xiàn)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(xiàn)快速顆粒傳質(zhì)，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(fā)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(shù)雙坐標下關系曲線，二者呈現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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(zhì)，促進致密化；１６００℃時，燒結進入后期重結晶階段，剛玉晶粒發(fā)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

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