Examination Of Microstructural Characteristics And Mechanical Properties Of MgO-MgAl2O4 Composite Refractories With The Addition Of ZrO2-Y2O3

Year 2009, Volume: 9 Issue: 3, 161 - 169, 01.12.2009

Tuba Aksoy Cemail Aksel

Abstract

Keywords

-

ZrO2-Y2O3 İlaveli MgO-MgAl2O4 Kompozit Refrakterlerin Mekanik Özelliklerinin Ve Mikroyapısal Karakteristiklerinin İncelenmesi

Abstract

MgO’e spinel partikülleri ilavesi, refrakterlerin ısıl şok direncini ve dolayısıyla kullanım ömrünü arttırmaktadır. Buna rağmen, MgO-spinel refrakterlerin mekanik özellikleri oldukça düşüktür. Bu nedenle bu çalışmada MgO-spinel kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirebilmek için, değişik oranlarda spinel ve ZrO2-Y2O3 ilavesinin etkileri incelenmiştir. Mekanik özellikler ile mikroyapısal değişimler arasındaki ilişkiler detaylı olarak araştırılmıştır. MgO-spinel kompozitlere ZrO2-Y2O3partiküllerinin ilavesiyle mekanik özellikler önemli ölçüde yükselmiştir. MgO-Spinel-(ZrO2-Y2O3) kompozit refrakter malzemelerin mekanik özelliklerini arttıran önemli parametreler: i) yapıda oluşan mikroçatlakların katkı tanelerinin üzerine geldiğinde birbirlerine bir ağ şeklinde bağlanarak dallanması, sapması veya gözeneğe ulaştığında durması, ii) kırılma tipinin artan katkı miktarıyla taneiçi kırılmadan taneler-arası kırılmaya doğru dönüşme eğilimi göstermesi, iii) kristal tane boyutunun MgO’e göre artan katkı miktarıyla önemli ölçüde azalması, iv) yoğunluk değerlerinin ve kritik çatlak boyutunun da artan katkı miktarıyla yükselmesi olarak belirlenmiştir. ZrO2-Y2O3 ilaveli malzemelerin ısıl şok direncinde önemli miktarda artış olduğu ve dolayısıyla bu malzemelerin yüksek sıcaklık uygulamalarında daha uzun kullanım ömrüne sahip olacağı ısıl şok parametresi Rst ile tespit edilmiştir

Keywords

MgO, MgAl2O4, ZrO2, Y2O3, Kompozit, Refrakterler, Karakterizasyon

References

• Cooper, S.C. and Hodson, P.T.A., Magnesia-Magnesium Aluminate Spinel as a Refractory, Trans. J. Br. Ceram. Soc., Volume 81, Pages 121-128, 1982.
• Dal Maschio, R., Fabbri, B. and Fiori, C., Industrial Applications of Refractories Containing Magnesium Aluminate Spinel, Industrial Ceramics, Volume 8, Issue 3, Pages 121-126, 1988.
• Bray, D.J., Toxicity of Chromium Compounds Formed in Refractories, Bull. Amer. Ceram. Soc., Volume 64, Issue 7, Pages 1012-1016, 1985.
• Eusner, G.R. and Hubble, D.H., Technology of Spinel Bonded Periclase Brick, J. Am. Ceram. Soc., Volume 43, Issue 6, Pages 292-296, 1960.
• Bartha, P., Magnesia Spinel Bricks - Properties, Production and Use, Proc. Int. Symp. Refractories, Refractory Raw Materials and High Performance Refractory Products, eds. X. Zhong et al., Pergamon, Hangzhou, Pages 661-674, 1989.
• Aksel, C., Rand, B., Riley, F.L., and Warren, P.D., Mechanical Properties of Magnesia-Spinel Composites, J. Eur. Ceram. Soc., Volume 22, Issue 5, Pages 745-754, 2002.
• Aksel, C., Davidge, R.W., Warren, P.D. and Riley, F.L. Mechanical Properties of Model Magnesia-Spinel Composite Materials, Euro Ceramics V, Part 3, Key Engineering Materials, Volume 132-136, Pages 1774- 1777, Versailles, France, 1997.
• Aksel, C., Magnezyum Oksit ve Farklı Kimyasal Kompozisyonlardaki Magnezyum Aluminat Spinel Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Seramik Sanat, Bilim ve Teknoloji, Türk Seramik Derneği, Volume 15, Sayfa 21-25, 2001.
• Ceylantekin, R. ve Aksel, C., Zirkon İlavesiyle Model MgO-Spinel Kompozit Refrakterlerin Mekanik Özelliklerinin İyileştirilmesi ve Mikroyapısal Karakterizasyonu, Proceedings of the VI. Ceramic Congress with International Participation, Volume 23, Sayfa 199-204, Sakarya, Turkey, 2006.
• Aksel, C. and Warren, P.D., Work of Fracture and Fracture Surface Energy of Magnesia–Spinel Composites, Composites Science and Technology, Volume 63, Issue 10, Pages 1433-1440, 2003.
• Aksel, C., Rand, B., Riley, F.L. and Warren, P.D., Thermal Shock Behaviour of Magnesia-Spinel Composites, J. Eur. Ceram. Soc., Volume 24, Issue 9, Pages 2839-2845, 2004.
• Aksel, C., MgO-Spinel Kompozitlerde Tane Boyutu Değişiminin Isıl Şok Davranışlarına Etkisi, 11th International Metallurgy & Materials Congress and Trade Fair, Sayfa 819-826, İstanbul, Turkey, 2002.
• Rigby, G.R., The Effect of Expansion Mismatch on the Mechanical Properties of Ceramic Materials, Trans. Indian Cer. Soc., Volume 31, Issue 1, Pages 18-30, 1972.
• Evans, R.M., Magnesia-Alumina Spinel Raw Materials Production and Preparation, Am. Ceram. Soc. Bull., Volume 72, Issue 4, Pages 59-63, 1993.
• Gonsalves, G.E., Duarte, A.K. and Brant, P.O.R.C., Magnesia-Spinel Brick for Cement Rotary Kilns, Am. Ceram. Soc. Bull., Volume 72, Issue 2, Pages 49-54, 1993.
• ASTM C1161-90, Standard Test Method for Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature, Annual Book of ASTM Standards, Volume 15.01, Pages 327-333, 1991.
• ASTM D790M-86, Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, Annual Book of ASTM Standards, Volume 08.01, Pages 290-298, 1988.
• Larson, D.R., Coppola J.A. and Hasselman, D.P.H. Fracture Toughness and Spalling Behaviour of High- Al2O3 Refractories, J. Am. Ceram. Soc., Volume 57, Issue 10, Pages 417-421, 1974.
• Griffith, A.A., The Theory of Rupture, Proceedings of the First International Congress for Applied Mechanics, Pages 55-63, 1924.
• Davidge, R.W. and Tappin, G., The Effective Surface Energy of Brittle Materials, Journal of Materials Science, Volume 3, Pages 165-173, 1967.
• Mendelson, M.I., Average Grain Size in Polycrystalline Ceramics, J. Am. Ceram. Soc., Volume 52, Pages 443-446, 1969.
• Hasselman, D.P.H., Thermal Stress Resistance Parameters for Brittle Refractory Ceramics: A Compendium, Am. Ceram. Soc. Bull., Volume 49, Issue 12, Pages 1033-1037, 1970.
• Shackelford, J.F., Alexander, W. and Park, J.S., Eds., CRC Materials Science and Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton, Florida 1994.