Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 65, Issue: 2, 2013
  • pp: 168-173

download: article (PL)

Reaction sintering of ZrSiO4 and Al2O3 powders

Abstract (EN)

The investigation of the microstructure evolution during firing of a mixture of zircon (ZrSiO4) and corundum (Al2O3) powders is presented in the paper. Solid state reactions between ZrSiO4 and a-Al2O3 in the mixture of stoichiometric composition (3Al2O3·2SiO2) were studied by XRD method (Rietveld analysis) and electron scanning microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM+EDS). The data were obtained at temperatures ranging from 1400 °C to 1600 °C for a period of time ranging from 30 min. to 60 h. High-temperature reactions within the ZrSiO4-Al2O3 mixture led to the formation of mullite and zirconia. The rate of reactions depended, as expected, on the process temperature. The effects of the reactions were meaningful only at the temperatures around 1600 °C. There is no doubt that at this temperature, the first-order reaction of ZrSiO4 decomposition into the oxide components proceeded. The dissolution of Al2O3 particles with diffusion of Al+3 into the non-crystalline aluminosilicate phase seems to be the slowest step of the reaction.

Keywords (EN): Aluminosilicate phase, Mullite crystallization, Al2O3, Sintering, ZrSiO4, ZrSiO4 decomposition

Reakcyjne spiekanie mieszaniny proszków ZrSiO4 i Al2O3

Jonas S., Bradecki A., Lis J., Czyżewska A., Krupa G.

Abstract (PL)

Przedstawiono rezultaty badań dotyczące ewolucji mikrostruktury podczas spiekania proszków cyrkonu (ZrSiO4) i korundu (Al2O3). Reakcje w fazie stałej w układzie stechiometrycznej mieszaniny 3Al2O3∙2SiO2 badano poprzez ilościową identyfikację tworzących się faz technikami dyfrakcji rentgenowskiej (metodą Rietvelda), mikroskopii skaningowej i spektroskopii rozproszonej energii promieniowania rentgenowskiego (SEM + EDS).

Badania prowadzono w zakresie temperatur 1400-1600 °C w czasie od 30 minut do 60 godzin. Wysokotemperaturowe reakcje w tym układzie prowadzą do tworzenia się mullitu i tlenku cyrkonu (ZrO2). Szybkość reakcji zależy silnie od temperatury, wyraźne ich przyspieszenie obserwuje się dopiero w 1600 °C. W pierwszym etapie następuje rozkład ZrSiO4 na składniki tlenkowe. Następne etapy to dyfuzja Al3+ do tworzącej się bezpostaciowej fazy SiO2, tworzenie się glinokrzemianowych faz o różnym stosunku Al2O3/SiO2, zarodkowanie i wzrost kryształów mullitu bogatych w SiO2 w obrębie skupisk ziarn ZrO2 i zubożonych o ten składnik w obszarach poza nimi.

Keywords (PL): faza glinokrzemianowa, krystalizacja mullitu, ZrSiO4, Al2O3, spiekanie, rozkład ZrSiO4

return…