鎂鋁尖晶石是一系列由AB2O4組成的等軸晶系的分子化合物，尖晶石的單位晶胞由32個立方密堆積的氧陰離子O2-和16個在八面體空隙中的鋁離子Al3+以及8個在四面體間隙中的鎂離子Mg2+組成，氧有4個金屬配位，其中3個處于八面體中，剩下1個處于四面體中。尖晶石結(jié)構(gòu)的X射線衍射分析表明，晶格中的O原子排列沒有顯示任何區(qū)別，晶格中所有O原子(離子)都是相同的，形成一個緊密堆積的立方結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形成八面體和四面體間隙，較小的三價離子填充八面間隙，二價離子填充四面體間隙。必須有兩倍八面體的四面體間隙，才能與三價和二價離子數(shù)相適應(yīng)。

不同添加劑對鎂鋁尖晶石性能的改進

1、二氧化鈦、二氧化錫、氧化鋅作為添加劑的比較

     對添加了TiO2的組分進行研究，由于不同組分的固溶體的存在。二氧化鈦在尖晶石形成過程中起到改善尖晶石的機械性能。這是由于二價離子在缺陷反應(yīng)中優(yōu)先占據(jù)尖晶石結(jié)構(gòu)中的八面體位置。在含有TiO2的鎂鋁尖晶石體系中，氧化鎂融于尖晶石中，是鎂鋁尖晶石的晶格常數(shù)的減小，同時使尖晶石的變大。 與上文提到的TiO2相比，當(dāng)加入SnO2作為基礎(chǔ)的組分時為，生成的尖晶石材料的衍射峰密度減小，晶格參數(shù)增大，不同晶體排列方式不同，所形成的結(jié)構(gòu)也大不相同，對于含鎂量較高的組分中，SnO2會在方鎂石溶解形成固溶體。加入TiO2和SnO2兩種不同的物質(zhì)作為添加劑，嚴(yán)格按照化學(xué)計量配比所加入的組分，其體積密度比含鎂量高的組分低。從本質(zhì)上說，尖晶石的形成是物質(zhì)結(jié)構(gòu)變大的一個過程，這意味著在合成過程中沒有發(fā)生燒結(jié)是由于擴散控制的。在方鎂石含量過剩的鎂鋁尖晶石體系中，有游離的氧化鎂，這一部分有利的氧化鎂在燒結(jié)過程中會熔解一些在尖晶石中，冷卻過程中留在鎂鋁尖晶石中，致使體積密度逐漸增大、致密度提高。 添加ZnO時，反應(yīng)生成的鎂鋁尖晶石和鋅鋁尖晶石二者的衍射峰和密度幾乎相同，目前還不清楚它們是形成固溶體中還是各自獨立存在。另外不同成分的產(chǎn)品中，方鎂石的密度和衍射峰也非常相似，分析認為在相對較低的溫度下反應(yīng)生成尖晶石的時，ZnO沒有發(fā)揮主要作用，但機械性能仍得到了提高，分析認為更好的燒結(jié)以及在尖晶石結(jié)構(gòu)中發(fā)生少量的反序。

2、TiO2作為添加劑來研究對鎂鋁尖晶石的影響  

     鎂鋁質(zhì)耐火材料的使用性能不僅取決于生產(chǎn)方法，而且受到所用原料類型和用量的影響，當(dāng)配料中所含的CaO/SiO2比例達到臨界值時，材料中的Al2O3和CaO就會生成低熔相，會導(dǎo)致鎂鋁質(zhì)耐火材料的高溫性能降低，同時，鎂鋁質(zhì)耐火材料自身的高溫強度較低，在同高堿度熔渣接觸時，由于材料中的Al2O3與熔渣反應(yīng)，引起耐火材料的熔損。為了解決這些問題，可以在配料中加TiO2細粉，在尖晶石材料中加入適量的TiO2細粉能明顯改善材料的燒結(jié)性能，加入TiO2的實驗反應(yīng)原理是在一定的溫度下，首先和尖晶石生成固溶體，剩余的少量TiO2細粉與材料中SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)反應(yīng)生成低熔點物相，促進了制品的燒結(jié)，在保證尖晶石的高溫性能不被削減的情況下，生產(chǎn)工藝簡單，經(jīng)濟效益好，可以生成含鈦的高熔相，比如CaO·TiO2和2MgO·TiO2，使其性能優(yōu)良，高溫強度大，增強鎂鋁質(zhì)耐火材料的使用性能。

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