陶瓷材料有必要新增氧化鎂嗎？

河北鎂熙生物有限公司2022-11-06 03:27:06

氧化鎂陶瓷是典型的新型陶瓷，也屬於傳統的耐火材料。氧化鎂本身對鹼性金屬溶液有較強的抗侵蝕能力，製備的氧化鎂陶瓷坩堝具有優異的化學效能和抵抗金屬侵蝕的穩定性，與鎂、鎳、鈾、鋁、鉬等不起作用。在氧化氣氛或氮氣保護下氧化鎂陶瓷可穩定工作到2400℃，因此氧化鎂是現代冶金工業先進工藝中的關鍵材料。

01氧化鎂陶瓷的效能特點

氧化鎂陶瓷屬立方晶系，氯化鈉結構。氧化鎂陶瓷的主晶相為氧化鎂，理論密度為3。85g/cm，熔點達2800℃，莫氏硬度為5-6。。氧化鎂屬於弱鹼性物質，對鹼性金屬溶液有較強的抗侵蝕能力。氧化鎂晶格中離子堆積密度緊密，離子排列對稱性高，晶格缺陷少，難以燒結。所以在氧化鎂陶瓷的製備過程中，為了降低燒結溫度，需要加入一定量的燒結助劑，一般以混合稀土金屬氧化物（RxOY）、TiO2、ZrO2、SiO2作為燒結助劑。氧化鎂陶瓷的高溫穩定性、耐腐蝕效能優於氧化鋁陶瓷，可以在強鹼金屬腐蝕性環境下使用。

02氧化鎂陶瓷的製備

（1）氧化鎂原料的製備

自然界中含鎂的化合物很豐富，它以多種礦物形式存在於地殼和海洋之中，如菱鎂礦（MgCO3）、白雲石（CaMg（CO3）2）、水鎂石（Mg（OH）2）、滑石（Mg［Si4O10］（OH）2）等。工業上主要從上述礦物中提取氧化鎂，近來發展從海水中提取。

從礦物或海水中提取氧化鎂，大多先製成氫氧化鎂或碳酸鎂，然後經煅燒分解成氧化鎂，將這種氧化鎂透過進一步化學處理或熱處理可得到高純氧化鎂。

（2）氧化鎂陶瓷的製備

製備時對氧化鎂原料進行處理後，按組成進行配料。為了促進燒結以及能使晶粒稍微長大些，同時為了減少製備的水化傾向，可加入一些新增劑，如TiO2、Al2O3、V2O3等。表1列出了一些新增劑對氧化鎂晶粒尺寸和燒結性的影響。如果要求具有高純度的氧化鎂陶瓷，就不能採用加入新增劑的方法來促進燒結和晶粒長大，而是採用活化燒結的方法，即將Mg（OH）2在適當溫度下煅燒，得到具有很多晶格缺陷的活性氧化鎂，用以製造燒結氧化鎂陶瓷。一般在1200℃煅燒分解Mg（OH）2為宜。

氧化鎂化學活性強，易溶於酸，水化能力大，因此氧化鎂陶瓷製造工藝須考慮原料的這種特性。為了降低氧化鎂的活性，應預燒到1100~1300℃。研磨原料時用的磨襯及磨球都要用陶瓷材料製成，不能採用鋼球。採用幹法研磨以防水化，最好用振動磨細碎，可以得到較多的細顆粒。成型方法可以採用半乾壓法、注漿法、熱壓鑄法和熱壓法。半乾壓法採用的粘結劑為甘油、聚乙烯醇、蜂蠟的四氯化碳溶液等，選用細粒配料，在50~70MPa壓力下成型。製備注漿成型的漿料，需要無水乙醇作介質以免氧化鎂水化膨脹。製備熱壓鑄用的原料最好在細磨時加入2%~3%的油酸（一般用量14%左右），細磨時間不宜過長，以防氧化鎂顆粒團聚。熱壓法得到的產品體積密度可接近理論密度值。一般壓力為20~30MPa，溫度1300~1400℃，加壓時間20~40min。

氧化鎂陶瓷大都採用注漿法進行生產。但由於氧化鎂容易水化，因此其工藝較為複雜。在準備料漿時，為不使氧化鎂與水接觸，需採用無水乙醇等有機液體作懸浮介質。廣為採用的工藝過程如下：將氧化鎂原料用足夠量的蒸餾水混合形成糊狀並充分水化成Mg（OH）2。存放一定時間後，在100℃以下烘乾，在1450~1600℃於密封的條件下進行煅燒，保溫8h，使氫氧化鎂重新分解為氧化鎂。然後球磨45~90h，然後加入水（水的加入量為50%~60%）繼續磨70~90min。形成懸浮漿料，用於澆注成型。為了改善料漿效能，可以透過調節pH值的方法，使pH值達7~8。脫模後坯料在70℃溫度下乾燥，為了使坯體中的水分迅速排除，應將溼空氣盡快排除。陶瓷的燒成，是先在1250℃溫度下進行素燒，再裝入剛玉瓷匣缽中在1750~1800℃溫度下保溫2h燒結。

03氧化鎂陶瓷的應用

氧化鎂陶瓷，其理論使用溫度高達2200℃，可在1600℃~1800℃長期使用。其高溫穩定性及耐腐蝕效能均優於氧化鋁陶瓷，且與Fe、Ni、U、Th、Zn、Al、Mo、Mg、Cu、Pt等都不與氧化鎂起作用，所以其應用範圍可包括：鋼鐵、玻璃等冶煉行業中腐蝕性條件下的坩堝或者其他耐火材料。

氧化鎂陶瓷可用作冶煉金屬的坩堝，在原子能工業中也適於冶煉高純度的鈾和釷；還可用作熱電偶保護套管。利用它能使電磁波透過的性質，作雷達罩及紅外輻射的投射視窗材料等、冶煉金屬、合金，如鎳合金、放射性金屬鈾、釷合金、鐵及其合金等的坩堝。壓電、超導材料等的原料，並且無汙染、耐鉛腐蝕等；亦可做陶瓷燒結載體，特別是β-Al2O3等高溫下有腐蝕性、揮發性物質的陶瓷產品的燒結保護。