반사광과 음극발광 광학 현미경 및 전자 주사 현미경을 사용하여 두 가지 상업적 MgO 내화물의 크리프 특성에 대해 조사하였다. 광학현미경(반사광(RL)과 음극발광(CL))과 SEM 결과로 두 가지 상업적 MgO 내화물의 Creep 특성에 대해 설명하였다. CL 현미경은 잘 소결된 내화물에서의 적색부분을 나타내었다. 이러한 착색은 불순물의 확산(특히 원료 물질의 가공에서 나타나는 Fe3+, Cr3+, Mn2+)과 열처리 및 소결과정에서 MgO안의 균일한 불순물의 분포에 의한 것이다. 그러나 원래의 MgO 클린커는 청색의 CL색을 나타내고 이것이 고순도 물질이라는 것을 의미한다. SEM 현미경은 주상의 일반적인 분포를 결정하는 것을 도와주고, MgO 기질에서의 결합 특성과 규산염 상의 분포를 나타낸다. 이 결과로 광학 CL 현미경이 MgO 내화물의 순도와 소결 정도를 확인하기 위한 빠르고, 비교적 저렴한 품질 조절 기구로 사용되어 질 수 있다는 것을 알 수 있다. 배경 축열기에 사용되는 내화물은 아크형태의 구조의 꼭대기에서 부터의 압축적재와 수직 적층에 의한 고온의 압축압력 때문에 크리프 변형이 쉽게 영향을 받는다. MgO 내화물이 알카리 환경에 대한 훌륭한 부식 저항성과 높은 열전도율, 비교적 낮은 열용량(예를 들어 열변화에 대하여 소량의 열 흡수 및 손실이 일어난다.) 때문에 대한 소다석회 유리로 축열기와 크라운에 사용되었다. 고온가열되고 높은 순도의 MgO는 저순도의 내화물보다 높은 크리프 저항을 가진다. MgO 내화물을 포함한 크리프 저항성 CaO-SiO2는 높은 MgO 함량과 최소의 기공, 비교적 큰 평균 입자크기, 상대적으로 넓은 입자크기 분포, 일부 늘어지거나 가는 형상의 입자, CaO-MgO-SiO2 삼원계 상을 가지지 않고, 비교적 높은 CaO/SiO2 비율을 가지며, 100ppm이하의 철 분순물과 사용되기 이전에 완료되어질 모든 소결 반응을 견디기에 충분한 높은 온도를 가지도록 설계 되어야 한다. 크리프 특성과 다른 기계적 특성은 기초 내화물의 구조에 직접적 결합에 의존한다. 직접 결합은 응집물 상들이 규산염을 포함하지 않은(예를 들어 결합에 의해 서로 연결되는 표면으로써 정의된다. 일반적인 용어로는 스피넬 결합(예를 들어, 가열시에 고체상태 반응에 의해 형성되는 MgAl2O4 또는 MgCr2O4 형태)을 의미한다. 상업적으로 직접결합은 <3% SiO2 또는 CaO/SiO2 비율이 이와 동일하거나 또는 그 이상일 경우 발생하는 결합을 의미한다. 규산염 결합 또는 화학결합은 MgO입자가 규산염상(포오스테라이트, 몬티셀라이트, 머위나이트, 칼슘 디실리케이트)을 통해서 서로 접합된 것이다. 규산염 결합(또는 세라믹 결합으로 알려진)은 CaO/SiO2 비율이 1.86미만일 경우 발생한다. 직접결합의 경우에 정량화는, 비록 일부 SEM을 사용하여 얻어질 수 있지만, TEM을 사용하지 않고 얻는 것은 실제적으로 불가능하다. CaO/SiO2 비율이 2이상이면 3CaO/SiO2와 2CaO/SiO2의 형성이 감소하고 2050도에서 높은 공융조성이 촉진된다. 높은 비율은 MgO 결정으로 흡수되는 경항을 감소시켜서 실리콘 상은 결정 사이의 공간으로 이동하고 직접결합을 증가시킨다. 이 연구는 유리산업에 사용되는 MgO 내화물의 실제적 사용에 대한 직접 결합과 화학 결합에 대하여 비교하여 논의하였다. RL 광학 현미경과 CL 광학 현미경(98% MgO와 같은 MgO 기초의 내화물을 특성화하기 위한 추가적 방법으로써)으로부터 얻은 결과와 SEM으로 인해 크리프 저항과 미소구조의 상호 관계를 나타내었다. 이 방법은 RL 광학 현미경의 광범위한 사용을 필요로 하는 공간적 상의 측정보다 더 간단하다. 시험 및 특성 이 연구의 특성은 조업정지 동안 축열기 붕괴후의 상업적 MgO 내화물의 파손 메커니즘의 확인에 중점을 두었다. 이러한 내화물은 ‘낮은 크리프 저항성’ 제품으로 분류되었고, 높은 수준의 기계적 강도를 가지고 ‘높은 크리프 저항’ 제품으로 분류된 두 번째 상업적 제품과 비교되었다. 크리프 자료는 다음의 ASTM C832 (‘Method to Measure the Thermal Expansion and Creep of Refractories under Load,’ASTM Specification C832. ASTM International West Conshohocken, Pa,)에서 얻었다. 시료의 온도와 선형 변화가 조절된 가열속도로 로에서 가열되어질 동안 연속적으로 기록되었다. 시험은 대기중에서 이루어졌고, 50시간동안 1350도에서의 소크온도에서 1.34kg/cm2의 하중하에서 연속적으로 시료의 시간과 선형변화가 기록되었다. 온도는 축열기의 작업조건을 실험하기 위해 선택되었다. 광학 현미경(RL과 CL)이 낮은 배율(50×)에서 현미경 사진을 얻기 위해 사용되었다. 시료는 낮은 점성의 합성수지로 포화되었고, 냉각 매개물 안으로 삽입되어 분리되어진 후 1㎛으로 분쇄되었다. 함석현미경(Model Labophot2-Pol, Nikon)이 장치된 냉음극 CL 광학 현미경 시스템(Model Mk4, Cambridge Image Technology Ltd., Cambridge, U.K.)이 현미경 특성을 위해 사용되었다. 후방산란 전자 SEM 상이 낮고 높은 배율에서 미소 구조적 세부사항(예를 들어 MgO 직접결합, 분순물과 분포)을 나타내기 위해 사용되었다. 크리프 시험 결과는 높은 크리프 저항의 시료가 0.47%의 팽창을 가지고 0.25%의 지름 증가, 4.11×10-6/h의 크리프 속도를 가지며, 낮은 크리프 저항의 시료는 0.40%의 팽창과 0.0%의 지름 증가, 39.0×10-6/h의 크리프 속도를 가진다는 것을 나타내었다. 높은 크리프 저항 벽돌의 미소구조 광학 현미경은 세라믹 결합의 CL색이 적색으로 변하고, 즉, 패리클레이스 클린커의 원래의 밝은 하늘색을 가지는 CL이 어두운 보라빛 적색으로 변한다는 것을 나타낸다. 더구나 SEM은 규산염 상의 분포가 액상의 형성과 소결의 가속화 및 네킹의 형성, 입자의 성장을 나타낸다는 것을 보여준다. 미소구조는 문헌에서 나타난 것 처럼 1650도 이상에서 소결된 MgO 또는 MgO-크롬 벽돌과 비슷한 미소구조를 가지고, 일부 네킹의 형성, 입자 형태 변화와 입자의 성장을 보여준다. 별도의 분석 제조 자료와 비교하는 화학적 분석의 결과로써 CaO/SiO2비율(1.43~1.80)이 높은 크리프 저항 MgO 내화물에 예상된 것 보다 낮다는 것을 알 수 있다. 낮은 크리프 저항 벽돌의 미소구조 광학 현미경으로 패리 클레이스 클린커의 본래 밝은 청색 CL색과 어두운 보라빛 적색을 변한 세라믹 결합이 나타난다. 패리클레이스 클린커는 실제적으로 가열(내화성 과정동안)에 영향을 받지 않고, 원료 클린커에서 관찰된 것과 같이 밝은 CL색을 나타낸다. 이 결과로 이러한 내화물이 아마 네킹의 형성이 발생하기에 요구되는 1600도 보다 낮은 온도에서 가열되고 있어서 기질내의 MgO 입자의 형태를 변화하고 입자 성장을 일으킨다. 불완전한 소결은 크리프 시료에서 더 분명하다. 미세구조는 가압되지만 가열되지 않은 MgO 벽돌의 미세구조와 유사하다. 더구나 후상 산란 전자 SEM 상은 칼슘 마그네슘 규산염 (메르위나이트) 결합이 미세한 MgO 입자들 사이에 존재한다는 것을 나타낸다. 이 규산염 상은 불균등하게 분포되어 있고, 대부분 CaO와 반응하지 않아서 어떠한 액상의 형성도 발생시키지 않는 독립된 커다란 무더기로 관찰되어진다. 이것은 이러한 내화물이 실제 사용에 요구되어지는 온도보다 낮은 온도에서 가열되었다는 증거이다. 기질 안의 미세한 MgO의 입자 크기는 비교적 더 작다. 낮은 네킹의 형성, 낮은 입자 형태 변화, 낮은 입자성장이 이 경우에 관찰된다. 삼원 액상의 존재로 인하여, 미세한 MgO 기질은 입자 성장 현상과 MgO-to-MgO 네킹의 형성을 나타낸다. 별도의 분석 제조 자료와 비교하는 화학적 분석의 결과로써 평가된 2.04-2.97의 CaO/SiO2 비율을 얻었고, 이것은 높은 크리프 저항 내화물(직접 결합)을 나타낸다. 화학적 분석의 결과(CaO/SiO2)로, 이전에 보고되어 왔던 것과 같이 어떠한 하나의 요소도 이러한 내화물에 직접결합을 나타낼 수 없다는 것을 의미한다. 더구나 이것이 잘못된 해석을 이끌 수 있다. 소결의 정도(네킹 형성, 기질 및 입자의 형태, 이차 상 분포)가 더 중요할 수 있다. 원료물질 제조(클린커) 과정은 극도로 높은 온도에서 환원을 일으키며 발생되고 페리클레이스 결정 구조에 격자 결합을 나타나게 하며, 푸른 CL색을 제조한다. 푸른 CL색은 종종 무기물에서 높은 순도상태를 나타낸다. 후의 어닐링과 열처리(이 경우에서는 벽돌의 가열)는 균일하게 Fe3+, Mn2+, Cr3+의 확산을 일으키는 것에 의해 구조를 표준화 하고, 붉은 CL색을 발생시킨다. 이것은 처음에 MgO 분말이나 미분에서 발생하여, 기질에서 큰 비표면적을 가진다. CL 광학 현미경의 값 MgO기초의 내화물의 크리프율 차이는 보통 MgO함량, CaO/SiO2비율, 입자 크기 분포, 이차상과 기공도에 의해 설명되어진다. 두 가지 분석된 상업용 벽돌은 크리프 저항 특성에서 다르다. 낮은 크리프 저항은 부족한 소결(낮은 온도 또는 부적절한 가열 시간)에 기인하고, 화학적인 것은 아니다. 화학적 분석으로 인해 어떠한 하나의 요소(CaO/SiO2 비율의 값)로도 입자 결합이 직접결합인지 또는 화학결합이 MgO 기질에 발생하였는지 평가할 수 없다는 것을 알 수 있다. CL 광학 현미경은 중요한 조사결과를 제공한다. 만일 완전한 소결이 이루어 졌다면, 세라믹 결합의 CL 색은 어두운 적색으로 변하고 패리클레이즈 클린커의 원래 밝은 푸른 CL색은 어두운 보라빛 적색으로 바뀐다. 그러나 소결이 불완전하게 이루어졌다면 페리클레이즈 입자의 밝은 CL색은 실제적으로 가열과정에 의해 영향을 받지 않게 되고 부족하게 소결된 기질의 CL색이 밝고 어두운 보라빛 적색으로 변하는 반면 밝은 푸른 CL색으로 남아있게 된다. 이러한 CL색의 변화는 Fe3+, Mn2+, Cr3+와 같은 불순물의 존재 및 분포와 환경에 민감하게 반응한다. (Ceramic Bulletin) 1350도와 1.34kg/cm2에서 시간의 함수로써 나타낸 크리프 결과(ASTM C832). 위 곡선은 고 크리프 저항 내화물이다. 높은 크리프 저항 내화물 (A)RL와 (B)CL광학 현미경사진이 미세하고 기공성의 소결된 MgO 기질을 나타낸다. 높은 크리프 저항 내화물 후방 산란 전자 SEM 미소구조가 규산염산(흰색)의 분포, 직접 결합과 잘 소결되어진 기질을 나타낸다. 낮은 크리프 저항 내화물 (A)RL와 (B)CL광학 현미경사진이 기공성 MgO 결합(붉은 CL)의 미소구조를 나타낸다. 낮은 크리프 저항 내화물 크리프 시험 후의 낮은 크리프 저항 시료의 (A)RL와 (B)CL광학 현미경사진이 MgO 클린커의 크기 분포와 기질안에서 잘 결합되지 않은 중간 크기의 패리클레이즈 클린커의 존재를 나타낸다. 낮은 크리프 저항 내화물의 후방 산란 전자 SEM 현미경 사진으로 미세 MgO 입자 사이의 칼슘 마그네슘 규산염(메르위나이트) 결합(하얀 상)을 알 수 있다. 삼원 액상의 존재 때문에 미세한 MgO 기질은 입자의 성장 현상과 MgO-to-MgO 네킹을 나타낸다.