本文關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

1結(jié)果與討論

1.1溫度對(duì)礬土燒結(jié)致密化的影響圖１為樣品線收縮率與溫度關(guān)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(zhǎng)，燒結(jié)致密化作用逐漸增大，１１００℃時(shí)，樣品出現(xiàn)一定的燒結(jié)收縮但燒結(jié)作用較�。唬保常埃啊鏁r(shí)，樣品燒結(jié)收縮明顯，體積密度顯著提高；高于１５００℃時(shí)，樣品體系密度大幅提高，線收縮率繼續(xù)增大；當(dāng)高于１５５０℃，樣品線收縮率的增幅略有降低。王金相等［４］將我國(guó)ＤＫ型高鋁礬土燒后相組成與Ａｌ２Ｏ３含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的關(guān)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(jì)算結(jié)果一般比實(shí)際玻璃相含量值偏低），可見高鋁礬土（Ａｌ２Ｏ３８８）的燒結(jié)為液相燒結(jié)［９］。

1.2礬土燒結(jié)動(dòng)力學(xué)圖４為樣品分別于１４５０、１５００和１５５０℃保溫不同時(shí)間得到的線收縮率與時(shí)間對(duì)數(shù)擬合曲線。從圖４可見，樣品線收縮率與時(shí)間在對(duì)數(shù)的雙坐標(biāo)下呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，即隨燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，燒結(jié)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(jié)保溫時(shí)間；１／Ｐ為反應(yīng)級(jí)數(shù)；Ｋ為燒結(jié)速率常數(shù)；Ｑ為該組成的燒結(jié)激活能；Ｔ為絕對(duì)溫度；Ａ為與界面張力、擴(kuò)散系數(shù)和顆粒半徑相關(guān)的常數(shù)；Ｒ為氣體常數(shù)。將各個(gè)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(jié)動(dòng)力學(xué)方程，如表２所示，方程所對(duì)應(yīng)的截距為該溫度下的ｌｇＫ。對(duì)于保溫時(shí)間相同的樣品，溫度越高，燒結(jié)速率常數(shù)Ｋ越大，說明燒結(jié)溫度的提高有利于燒結(jié)的進(jìn)行。而隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)，溫度越高的樣品致密性提高幅度越小。Ｋｉｎｇｅｒｙ將液相燒結(jié)過程分為顆粒重排、溶解－－沉淀以及燒結(jié)后期氣孔的產(chǎn)生和融合階段。研究表明［１０］：對(duì)于窄顆粒尺寸分布的樣品，少量液相存在時(shí)通過顆粒排布可以達(dá)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(jié)后的體積收縮大小；Ｖ０為生坯體積；ｒ?yàn)轭w粒直徑；ｋ１和ｋ２為比例系數(shù)；δ為液膜厚度；Ｄ為擴(kuò)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(jié)機(jī)理中溶解－－沉淀過程為前提的，并且設(shè)定該溶解－－沉淀過程由顆粒間相界發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)決定。若滿足該模型的比例關(guān)系，其燒結(jié)則由溶解－－沉淀過程所控制。實(shí)驗(yàn)中ΔＬ／Ｌ０與ｔ的指數(shù)關(guān)系參數(shù)接近但并不完全符合式（４）中的關(guān)系參數(shù)，表明１４５０和１５００℃時(shí)溶解－－沉淀機(jī)理在Ａｌ２Ｏ３８８液相燒結(jié)過程中起了重要作用，但由于礬土液相是復(fù)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(jié)。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(guān)系。由直線斜率計(jì)算得到Ａｌ２Ｏ３８８的燒結(jié)激活能約為２８９ｋＪ／ｍｏｌ，純Ａｌ２Ｏ３陶瓷的燒結(jié)激活能為６９０ｋＪ／ｍｏｌ［１２］，說明液相的存在有助于燒結(jié)。

1.3礬土的物相組成和微觀結(jié)構(gòu)圖５為不同溫度煅燒后的Ａｌ２Ｏ３８８的ＸＲＤ譜。由圖５可見：１１００℃時(shí)，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(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)。由圖６可見：１１００℃時(shí)，樣品未出現(xiàn)明顯的燒結(jié)，整體結(jié)構(gòu)松散，此時(shí)液相尚未大量形成，燒結(jié)作用較�。ㄒ妶D６ａ）；１４００℃燒結(jié)后，在液相的作用下，顆粒之間有一定聚集趨勢(shì)，小氣孔逐漸連通成大氣孔（見圖６ｂ），此時(shí)主要為顆粒重排階段，影響燒結(jié)的主要因素為潤(rùn)濕角和表面張力。燒結(jié)開始階段，液相形成量較少，但對(duì)顆粒重排階段，影響燒結(jié)的主要因素為潤(rùn)濕角和表面張力。燒結(jié)開始階段，液相形成量較少，但對(duì)顆粒的潤(rùn)濕效果顯著，所產(chǎn)生的毛細(xì)管力使顆粒出現(xiàn)滑移，促進(jìn)重排。適當(dāng)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(jié)開始進(jìn)入顆粒溶解－－沉淀階段，顆粒相互接觸擠壓，壓應(yīng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)快速顆粒傳質(zhì)，以促進(jìn)致密化。１６００℃時(shí)，樣品已基本完成燒結(jié)，進(jìn)入后期重結(jié)晶階段。樣品氣孔率低且多為閉氣孔，結(jié)構(gòu)主要由發(fā)育長(zhǎng)大的粒狀剛玉構(gòu)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(jié)論

１）提高燒結(jié)溫度增加了Ａｌ２Ｏ３８８礬土的液相量，提高了燒結(jié)速率，改善材料的致密性。２）通過等溫?zé)Y(jié)動(dòng)力學(xué)，得到１４５０、１５００和１５５０℃時(shí)Ａｌ２Ｏ３８８礬土的線收縮率與時(shí)間在對(duì)數(shù)雙坐標(biāo)下關(guān)系曲線，二者呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，Ａｌ２Ｏ３８８礬土的燒結(jié)激活能為２８９ｋＪ／ｍｏｌ。３）等溫?zé)Y(jié)動(dòng)力學(xué)方程證實(shí)Ａｌ２Ｏ３８８礬土的燒結(jié)機(jī)理符合液相燒結(jié)的３個(gè)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(shí)，樣品液相量增多，，在毛細(xì)管力作用下出現(xiàn)顆粒重排；１５００℃時(shí)，樣品基本完成顆粒重排進(jìn)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(jìn)致密化；１６００℃時(shí)，燒結(jié)進(jìn)入后期重結(jié)晶階段，剛玉晶粒發(fā)育長(zhǎng)大，形成閉氣孔。

作者：楊歡迎李勇劉淑龍高長(zhǎng)賀李燕京馬淑龍王林俊單位：北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院北京通達(dá)耐火技術(shù)股份有限公司

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