Analysis of volumetric changes of composite materials based on the MgO – Al₂O₃ – FeO – TiO₂ system during phase formation

Abstract

The paper analyses the volumetric changes of composite materials based on the MgO – Al₂O₃ – FeO – TiO₂ system during phase formation in different temperature ranges. It was found that various volumetric changes occur in composite materials during temperature changes. Significant volumetric changes occur during the formation of spinels of different compositions. Also, when working with materials that include tialite, significant volumetric changes should be taken into account. That is, to obtain a material of a certain composition, it is necessary to take into account not only phase transitions and possible solid-phase reactions, but also volumetric changes that occur in this case. The phase transformations that occur during firing and operation of periclase spinel refractories, which in turn depends on the type and amount of raw materials, are considered in more detail. During operation, phase transformations in a material become more complex due to the influence of mechanical loads, thermal fluctuations, chemical reactions and microstructural changes. Constant heating and cooling change the phase equilibrium, causing the formation of new structures or the degradation of existing ones. Diffusion processes, corrosion and oxidation can change the chemical composition of the material, and recrystallization, grain growth and the separation of secondary phases affect its mechanical properties, which makes it difficult to predict the behaviour of the material. У роботі проаналізовано об'ємні зміни композиційних матеріалів на основі системи MgO – Al₂O₃ – FeO – TiO₂ під час фазоутворення в різних діапазонах температур. Встановлено, що при зміні температури композити зазнають різноманітних змін об'єму. При формуванні шпінелей різного складу відбуваються значні зміни об'єму. Крім того, при роботі з матеріалами, що містять тіаліт, слід враховувати значні зміни об'єму. Тобто, щоб отримати матеріал певного складу, необхідно враховувати не тільки фазові зміни та можливі твердофазні реакції, але й одночасні зміни об'єму. Детальніше розглянуто фазові перетворення, що відбуваються в периклазошпінельних вогнетривах під час випалу та експлуатації, які в свою чергу залежать від виду та кількості вихідної сировини для їх виробництва. Під час експлуатації фазові переходи в матеріалах стають більш складними через вплив механічного навантаження, теплових коливань, хімічних реакцій і мікроструктурних змін. Тривале нагрівання та охолодження може змінити рівновагу фаз, що призводить до утворення нових структур або деградації існуючих структур. Процеси дифузії, корозія та окиснення змінюють хімічний склад матеріалу, а рекристалізація, ріст зерна та розділення вторинної фази впливають на його механічні властивості, що ускладнює прогнозування поведінки матеріалу.