ZnO İlavesinin Magnezyum Alüminat Spinel’in Özelliklerine Etkisi

MgO ve Al2O3 karışımının katı hal reaksiyonu sonucunda magnezyum aluminat (MgAl2O4) spinel oluşmaktadır. Bu çalışmada spinel sentezi için başlangıç malzemesi olarak manyezit atığı ve Al2O3 kullanılmıştır. Bu sayede manyezit fabrikasından çıkan atığın değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca başlangıç karışımına ilave edilen ZnO’in magnezyum alüminat spinelin yoğunlaşması üzerine etkileri incelenmiştir. Manyezit atığı, Al2O3 ve ağ. %1, 2, 3 ve 4 oranlarında ZnO ilavesiyle hazırlanan karışımlar kuru preslenmiş ve sonrasında farklı sıcaklıklarda (1300-1350-1400-1450 ve 1500°C) 1 saat süre ile sinterlenmişlerdir. Üretilen ürünlerin XRD, SEM-EDS analizleri yapılmış, bulk yoğunluk, görünür gözenek ve mikro sertlik değerleri ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre magnezyum alüminat üretimi için optimum şartlar belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Magnezyum alüminat (MgAl2O4), Spinel, ZnO, Bulk yoğunluk

The Effect of ZnO Addition on Properties of Magnesium Aluminate Spinel

The magnesium aluminate spinel (MgAl2O4) is obtained at the end of solid-state reaction of MgO and Al2O3 mixture. In this study, magnesite waste and Al2O3 were used as initial materials for spinel synthesis. In this way, the recycling of waste materials disposed from magnesite factory was aimed. In addition, the effect of ZnO added into beginning mixture on densification of magnesium aluminate spinel was investigated. The initial mixture containing magnesite waste, Al2O3 and 1, 2, 3 and 4 wt. % ZnO addition were dry pressed and the specimens were exposed to sintering process at different temperatures (1300-1350-1400-1450 and 1500°C) for 1 hour. The produced specimens were exposed to XRD, SEM-EDS analysis, bulk density, % apparent porosity and micro-hardness measurements were performed. In the light of findings, the optimum conditions for magnesium aluminate spinel production were determined.

Keywords:

Magnesium aluminate (MgAl2O4), spinel, ZnO, bulk density,

___

[1] Habibi N., Wang Y., Arandiyan H., Rezaei M., “Low-temperature synthesis of mesoporous nanocrystalline magnesium aluminate (MgAl2O4) spinel with high surface area using a novel modified sol-gel method”, Advanced Powder Technology, 28: 1249-1257, (2017)
[2] Zhu L.L., Park Y. J., Gan L., Go S., Kim H. N., Kim J.M., Ko J. W., “Fabrication of transparent MgAl2O4 from commercial nanopowders by hot-pressing without sintering additive”, Materials Letters, 219: 8-11, (2018)
[3] Liu J., Lv X., Li J., Zhang L., Peng J., “Hot corrosion behavior of two-step sintered magnesium aluminate spinels in molten electrolyte”, Journal of Alloys and Compounds, 725: 1313-1319, (2017)
[4] Araújo G. T., Brito T. S., Souza D. F., Silva A. M. A., Nunes E. H.M., Houmard M., “Preparation of Al2O3 and MgAl2O4-based samples with tailored macroporous structures”, Ceramics International, 44: 580-587, (2018)
[5] Şahin B., “Zirkon-Y2O3 ilavesiyle MgO-Spinel kompozit refrakterlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi, Seramik Mühendisliği Anabilim Dalı, (2008)
[6] Rahmat N., Yaakob Z., Pudukudy M., Rahman N. A., Jahaya S. S., “Single step solid-state fusion for MgAl2O4 spinel synthesis and its influence on the structural and textural properties”, Powder Technology, 329: 409-419, (2018)
[7] Liu J., Lv X., Li J., Jiang L., “Pressureless sintered magnesium aluminate spinel with enhanced mechanical properties obtained by the two-step sintering method”, Journal of Alloys and Compounds, 680: 133-138, (2016)
[8] SARIDAŞ S., “Spark plazma sinterleme yöntemi ile ışık geçirgenliğine sahip magnezyum alüminat spinel seramiklerinin üretimi ve karakterizasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, (2016)
[9] Li J., Lıu J. H., Lü X. J., Laı Y. G., “Effect of Sc2O3 addition on densification and microstructure of different spinelized magnesium aluminate spinels”, Trans. Nonferrous Met. Soc., 26: 144-151, (2016)
[10] Ghosh A., Das S. K., Biswas J. R., Tripathi H. S., Banerjee G., “The effect of ZnO addition on the densification and properties of magnesium aluminate spinel”, Ceramics International, 26: 605-608, (2000)
[11] Liu J., Wang Z., Wang X., Liu H., Ma Y., “The effects of in situ formation of Y3Al5O12 on property improvement of magnesium aluminate spinel refractories”, Article in Press, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.01.014
[12] Ganesh I., “A review on magnesium aluminate (MgAl2O4) spinel: synthesis, processing and applications”, International Materials Reviews, 58:2, 63-112, (2013)
[13] Ceylantekin R., “ZrSiO4 ve ZrO2 ilavelerinin MgO-MgAl2O4 refrakterlerin mekanik, ısıl şok ve korozyon davranışlarına etkileri”, Doktora tezi, Anadolu Üniversitesi, Seramik Mühendisliği Anabilim Dalı, (2009)
[14] UĞUR P., “SnO2 ilavesiyle MgO-MgAl2O4 Kompozit refrakterlerin mekanik özelliklerinin, ısıl şok ve korozyon davranışlarının araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi Anadolu Üniversitesi, Seramik Mühendisliği Anabilim Dalı, (2010)