مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

بررسی و مقایسه روش‌های سنتز MgAl₂O₄ به‌عنوان یک ماده نسوز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان
2 گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان،
10.22034/ijissi.2026.2069591.1326
چکیده
MgAl₂O₄ یکی از پرمصرف ترین اسپینل‌ها است که به‌عنوان یک ترکیب دیرگداز مهم، کاربردهای زیادی در صنایع فولادسازی دارد. در این پژوهش، مواد دیرگداز MgAl₂O₄ به روش‌های احتراقی و حالت جامد سنتز شدند. برای سنتز این ماده به روش احتراقی، از آنیلین به‌عنوان سوخت استفاده گردید. الگوهای XRD نشان دادند که مواد سنتز شده به روش احتراقی شامل محصولات آمورف هستند، در حالی که در روش حالت جامد، فازهای مکعبی با بلورینگی بالا تشکیل می‌شوند. تصاویر SEM نشان دادند که استفاده از روش‌های احتراقی و حالت جامد به ترتیب منجر به تولید مواد MgAl₂O₄ با اندازه ذرات متوسط ۴۰ نانومتر و ۷۰ میکرومتر می‌شود. نتایج DTA/TGA برای MgAl₂O₄ سنتز شده به روش احتراقی، کاهش وزن قابل‌توجهی معادل%15/1 تا دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد را تأیید کرد. همچنین، پیک‌های گرمازا در دماهای ۱۲۶ و ۳۸۰ درجه سانتی‌گراد مربوط به حذف ترکیبات آلی موجود در محصولات سنتز شده به روش احتراقی هستند. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، اگرچه هر دو روش احتراقی و حالت جامد قادر به سنتز موفقیت‌آمیز مواد دیرگداز MgAl₂O₄ هستند، اما روش احتراقی به دلیل توانایی در تولید ذرات یکنواخت نانومتری ریزتر با سطح ویژه بالاتر و مشکلات کمتر تجمع ذرات، به‌عنوان مسیر برتر برای کاربردهای دیرگداز توصیه می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]   Ganesh I, A review on magnesium aluminate (MgAl2O4) spinel: synthesis, processing and applications, Int Mater Rev. 2013; 58(2): 63–112.
[2]   Assa F, Sharifi L, Mirhosseini S.H, Ajamein H, Etemad A, An investigation of microstructure and properties of magnesia-magnesium aluminate spinel refractory promoted with Titania for steel industries, Int J ISSI. 2021; 18(2): 49–66.
[3]   Freitag L, Storti E, Bretschneider L, Zeidler H, Hubálková J, Aneziris C.G, Binder jetting of spinel-based refractory materials – processing, microstructure and properties, Addit Manuf. 2025; 102: 104727.
[4]   Chen J, Cheng Y, Li Y, Xiao J, Zhang Y, Liu G, Wei Y, Li G, Zhang Sh, Nan L, Formation of ferrospinel layer at the corroded interface between Al2O3-spinel refractory and molten steel in RH refining ladle, J Am Ceram Soc. 2021; 104 (11):  6044-6053
[5]   Wei J, Miao Zh, Li Y, Chen J, Zhang Y, Han B, Wei Y, Yan W, Li N, Chemical attack of Al2O3-MgAl2O4 refractory castables in the non-slag-tapping side of refining ladle, Ceram Int. 2022; 48(12): 16832–16838.
[6]   West A.R, Solid State Chemistry and Its Applications, 2nd ed. New York: Wiley; 1991.
[7]   Arai Y, Chemistry of Powder Production. 1st ed. New York: Marcel Dekker; 1996.
[8]   Sajjadi Milani S, Ghassemi Kakroudi M, Pourmohammadie Vafa N, Rahro S, Behboudi F. Synthesis and characterization of MgAl2O4 spinel precursor sol prepared by inorganic salts, Ceram Int. 2021; 47(4): 4813–4819.
[9]   Ye G, Oprea G, Troczynski T, Synthesis of MgAl2O4 spinel powder by combination of sol–gel and precipitation processes, J Am Ceram Soc. 2005; 88(11): 3241–3244.
[10]    Nam S, Lee M, Kim B.N, Lee Y, Kang Sh, Morphology-controlled co-precipitation method for nanostructured transparent MgAl2O4, Ceram Int. 2017; 43(17): 15352–15359.
[11]  Li R, Liu J, Xu L, Zhou J, Microwave hydrothermal synthesis of magnesium-aluminium spinel, Ceram Int. 2020; 46(18A): 29207–29211.
[12]Pati R.K, Pramanik P, Low-temperature chemical synthesis of nanocrystalline MgAl2O4 spinel powder, J Am Ceram Soc. 2000; 83(7): 1822–1824.
[13]  Domanski D, Urretavizcaya G, Castro F.J, Gennari F.C, Mechanochemical synthesis of magnesium aluminate spinel powder at room temperature, J Am Ceram Soc. 2004; 87(11): 2020–2024.
[14] Xudong L, Yongting Zh, Xiaoyue S, Yongdong Y, Yuchen Y, Renjie W, Shiyang Zh, Yuelei B, Guobing Y, Precipitation and sintering behaviour of non-stoichiometric MgAl2O4 solid solution powder prepared by combustion synthesis, Ceram Int. 2022; 48(18): 26964–26972.
[15]  Ianoş R, Lazău R, Combustion synthesis, characterization, and sintering behavior of magnesium aluminate (MgAl2O4) powders, Mater Chem Phys. 2009; 115(2-3): 645-648.
[16] Bai J, Liu J, Li C, Li G, Du Q, Mixture of fuels approach for solution combustion synthesis of nanoscale MgAl2O4 powders, Adv Powder Technol. 2011; 22(1): 72–76.
[17] Ianoş R, Lazău I, Păcurariu C, Barvinschi P. Solution combustion synthesis of MgAl2O4 using fuel mixtures. Mater Res Bull. 2008;43(12):3408–3415.
[18] Abdi M.S, Ebadzadeh T, Ghaffari A, Feli M, Synthesis of nano-sized spinel (MgAl2O4) from short mechanochemically activated chloride precursors and its sintering behavior. Adv, Powder Technol. 2015; 26: 175-179.
[19]   Volfi A, Esposito L, Biasini V, Piancastelli A, Hostasa J, Industrial potential of additive manufacturing of transparent ceramics: A review, Open Ceram. 2024; 20: 100682.
[20]    Pappas J.M, Dong X, Porosity characterization of additively manufactured transparent MgAl2O4 spinel by laser direct deposition, Ceram Int. 2020; 46: 6745-6755.
[21]   Qi Y, Zhang F, Fan B, Li X, Chen M, Zhang R, Li H, Chen Y, Densification mechanism and corrosion properties of h-BN/MgAl2O4 ceramics prepared by hot-pressed sintering, Ceram Int. 2024; 50: 50793-50800.
[22]   Wang Sh, Huo Y, Zhang Q, Zhao Q, Zhou M, Ultra-precision grinding of polycrystalline magnesia alumina spinel (MgAl2O4) ceramics based on AE signals monitoring: Surface characteristics and damage mechanisms, Ceram Int. 2024; 50; 46802-46821.
[23]   Rafiaei S.M, Duman F. Synthesis of MgAl2O4: Eu3+ nano-phosphors through the use of aniline and hydrazine fuels: study of structural and optical characteristics through calcination, J Mater Eng Perform. 2025; 34: 8359–8366.
[24]  Rafiaei S.M, Shokouhimehr M, Effect of fuels on nanostructure and luminescence properties of combustion synthesized MgAl2O4:Eu3+ phosphors, J Mol Struct. 2019; 1193: 274–279.
[25]  Ghodrati M, Rafiaei S.M, Tayebi L, Fabrication and evaluation of PLA/MgAl2O4 scaffolds manufactured through 3D printing method, J Mech Behav Biomed Mater. 2023; 145: 106001.
[26] Ghodrati M, Rafiaei S.M, Production and characterization of PLA/MgAl2O4 scaffolds by 3D printing method (FDM) and their comparison with slurry method, J Metall Mater Eng. 2024; 35: 51–64 (In Persian).
[27]  Ghodrati M, Rafiaei S.M, Tayebi L, Synthesis of PLA/MgAl2O4 composite using slurry casting method: a study on biomaterial properties, J Bio Tribo Corros. 2025; 11: 27.