一文了解氧化镁陶瓷材料的制备和应用

氧化镁陶瓷是典型的新型陶瓷，也属于传统的耐火材料。氧化镁本身对碱性金属溶液有较强的抗侵蚀能力，制备的氧化镁陶瓷坩埚具有优异的化学性能和抵抗金属侵蚀的稳定性，与镁、镍、铀、铝、钼等不起作用。在氧化气氛或氮气保护下氧化镁陶瓷可稳定工作到2400℃，因此氧化镁是现代冶金工业先进工艺中的关键材料。

01氧化镁陶瓷的性能特点

MgO陶瓷属立方晶系，氯化钠结构。氧化镁陶瓷的主晶相为MgO，理论密度为3.85g/cm³，熔点达2800℃，莫氏硬度为5-6.。MgO属于弱碱性物质，对碱性金属溶液有较强的抗侵蚀能力。氧化镁晶格中离子堆积密度紧密，离子排列对称性高，晶格缺陷少，难以烧结。所以在氧化镁陶瓷的制备过程中，为了降低烧结温度，需要加入一定量的烧结助剂，一般以混合稀土金属氧化物（RxOY）、TiO2、ZrO2、SiO2作为烧结助剂。氧化镁陶瓷的高温稳定性、耐腐蚀性能优于氧化铝陶瓷，可以在强碱金属腐蚀性环境下使用。

02氧化镁陶瓷的制备

（1）氧化镁原料的制备

自然界中含镁的化合物很丰富，它以多种矿物形式存在于地壳和海洋之中，如菱镁矿（MgCO3）、白云石（CaMg(CO3)2）、水镁石（Mg(OH)2）、滑石（Mg[Si4O10](OH)2）等。工业上主要从上述矿物中提取MgO,近来发展从海水中提取。

从矿物或海水中提取MgO，大多先制成氢氧化镁或碳酸镁，然后经煅烧分解成MgO，将这种MgO通过进一步化学处理或热处理可得到高纯MgO。

（2）MgO陶瓷的制备

制备时对MgO原料进行处理后，按组成进行配料。为了促进烧结以及能使晶粒稍微长大些，同时为了减少制备的水化倾向，可加入一些添加剂，如TiO2、Al2O3、V2O3等。表1列出了一些添加剂对MgO晶粒尺寸和烧结性的影响。如果要求具有高纯度的MgO陶瓷，就不能采用加入添加剂的方法来促进烧结和晶粒长大，而是采用活化烧结的方法，即将Mg(OH)2在适当温度下煅烧，得到具有很多晶格缺陷的活性MgO，用以制造烧结氧化镁陶瓷。一般在1200℃煅烧分解Mg(OH)2为宜。

表1 添加剂对晶粒尺寸和烧结性的影响

MgO化学活性强，易溶于酸，水化能力大，因此MgO陶瓷制造工艺须考虑原料的这种特性。为了降低MgO的活性，应预烧到1100~1300℃。研磨原料时用的磨衬及磨球都要用陶瓷材料制成，不能采用钢球。采用干法研磨以防水化，最好用振动磨细碎，可以得到较多的细颗粒。成型方法可以采用半干压法、注浆法、热压铸法和热压法。半干压法采用的粘结剂为甘油、聚乙烯醇、蜂蜡的四氯化碳溶液等，选用细粒配料，在50~70MPa压力下成型。制备注浆成型的浆料，需要无水乙醇作介质以免MgO水化膨胀。制备热压铸用的原料最好在细磨时加入2%~3%的油酸（一般用量14%左右），细磨时间不宜过长，以防MgO颗粒团聚。热压法得到的产品体积密度可接近理论密度值。一般压力为20~30MPa，温度1300~1400℃，加压时间20~40min。

MgO陶瓷大都采用注浆法进行生产。但由于MgO容易水化，因此其工艺较为复杂。在准备料浆时，为不使MgO与水接触，需采用无水乙醇等有机液体作悬浮介质。广为采用的工艺过程如下：将MgO原料用足够量的蒸馏水混合形成糊状并充分水化成Mg(OH)2。存放一定时间后，在100℃以下烘干，在1450~1600℃于密封的条件下进行煅烧，保温8h，使氢氧化镁重新分解为MgO。然后球磨45~90h，然后加入水（水的加入量为50%~60%）继续磨70~90min。形成悬浮浆料，用于浇注成型。为了改善料浆性能，可以通过调节pH值的方法，使pH值达7~8。

脱模后坯料在70℃温度下干燥，为了使坯体中的水分迅速排除，应将湿空气尽快排除。

陶瓷的烧成，是先在1250℃温度下进行素烧，再装入刚玉瓷匣钵中在1750~1800℃温度下保温2h烧结。

03氧化镁陶瓷的应用

氧化镁陶瓷，其理论使用温度高达2200℃，可在1600℃~1800℃长期使用。其高温稳定性及耐腐蚀性能均优于氧化铝陶瓷，且与Fe、Ni、U、Th、Zn、Al、Mo、Mg、Cu、Pt等都不与MgO起作用，所以其应用范围可包括：钢铁、玻璃等冶炼行业中腐蚀性条件下的坩埚或者其他耐火材料。

MgO陶瓷可用作冶炼金属的坩埚，在原子能工业中也适于冶炼高纯度的铀和钍；还可用作热电偶保护套管。利用它能使电磁波通过的性质，作雷达罩及红外辐射的投射窗口材料等、冶炼金属、合金，如镍合金、放射性金属铀、钍合金、铁及其合金等的坩埚。压电、超导材料等的原料，并且无污染、耐铅腐蚀等；亦可做陶瓷烧结载体，特别是β-Al2O3等高温下有腐蚀性、挥发性物质的陶瓷产品的烧结保护。