Development of a MgO-doped η-Al2O3 refractory / Desarrollo de un refractario de MgO dopado con η-Al2O3

C. Gómez-Rodríguez^1,*, L. García-Quiñonez², J. A. Aguilar-Martínez³, F. J. Vázquez-Rodríguez³, D. Fernández-González⁴, L. F. Verdeja⁴, J. F. López-Perales³, A. Castillo-Rodríguez³, Edén Rodríguez^3,*

1 Facultad de Ingeniería, Universidad Veracruzana, Coatzacoalcos, Ver. México; cristiang1983@hotmail.com (C. G.-R.)
2 CONACYT-Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada B.C. (CICESE), Unidad Monterrey, Apodaca 66629, México; adnilanavivi_1984@hotmail.com (L. G.-Q.)
3 Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL); Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME); C.P. 66450, San Nicolás de los Garza, N.L., México; josue.aguilarmrt@uanl.edu.mx (J. A. A.-M.); fco-fimeuanl@gmail.com (F. J. V.-R.); lopez_perales_jesus@hotmail.com (J. F. L.-P.); alan.castillo.rdz@gmail.com (A. C.-R.); earc22@hotmail.com (E. R.)
4 Department of Materials Science and Metallurgical Engineering, School of Mines, Energy and Materials, University of Oviedo, Oviedo/Uviéu, Asturias, Spain; fernandezgdaniel@uniovi.es (D.F.-G.); lfv@uniovi.es (L. F. V.)
* Correspondencia: cristiang1983@hotmail.com (D. G.-R.); earc22@hotmail.com (E. R.); Tel.: +52-8183294020 (ext. 1619)

https://doi.org/10.59335/nvyu9288

Summary

The effect of nanoparticles of α-Al₂O₃ (up to 5 % by weight) on the physical, mechanical and thermal properties, as well as on the microstructural evolution of a dense magnesia refractory is studied. Sintering temperatures are used at 1300°C, 1500°C and 1600°C.  The physical properties of interest were apparent density and porosity, which were evaluated using Archimedes' method. Thermal properties were examined by differential scanning calorimetry. The mechanical behavior was studied by tests of resistance to cold crushing and micro hardness. Finally, the microstructure and qualitative mineralogical characteristics were studied by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. The increase in sintering temperature resulted in improved density and reduced apparent porosity. However, as the nanoparticle content of α-Al₂O₃ increased, the density and microhardness decreased. Microstructural observations showed that the presence of α-Al₂O₃ nanoparticles in the magnesia matrix induced the formation of magnesium-aluminate spinel (MgAl₂O₄), which improved mechanical strength more significantly at 1500°C.

Resumen

Se estudia el efecto de las nanopartículas de α-Al₂O₃ (hasta 5 % en peso) sobre las propiedades físicas, mecánicas y térmicas, así como sobre la evolución microestructural de un refractario de magnesia densa. Se utilizan temperaturas de sinterización a 1300°C, 1500°C y 1600°C. Las propiedades físicas de interés fueron la densidad y la porosidad aparentes, que se evaluaron mediante el método de Arquímedes. Las propiedades térmicas se examinaron mediante calorimetría diferencial de barrido. El comportamiento mecánico se estudió mediante pruebas de resistencia a la trituración en frío y micro dureza. Finalmente, la microestructura y las características cualitativas mineralógicas se estudiaron mediante microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, respectivamente. El aumento de la temperatura de sinterización dio como resultado una densidad mejorada y una porosidad aparente reducida. Sin embargo, a medida que aumentaba el contenido de nanopartículas de α-Al₂O₃, la densidad y la micro dureza disminuían. Las observaciones microestructurales mostraron que la presencia de nanopartículas de α-Al₂O₃ en la matriz de magnesia indujo la formación de espinela de magnesio-aluminato (MgAl₂O₄), que mejoró la resistencia mecánica más significativamente a 1500°C.

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