煅烧温度对用B_4C水选废料制备B_4C材料性能的影响

为了节约资源,实现废料回收利用,以化学组成(w):B_4C 88.20%、B_2O_32.80%、Fe_2O_30.27%、游离B1.95%、游离C 2.91%、其他3.87%的碳化硼水选废料为原料,添加烧结助剂Al粉,并在活性炭固体渗碳作用下实现无压低温烧结制备碳化硼耐火材料。研究了煅烧温度1 000、1 100、1 200、1 300及1 400℃保温30 min时对试样性能的影响。采用国家标准检测烧后试样的体积密度、显气孔率和耐压强度;采用X射线衍射仪进行物相分析;采用FESEM观察试样的显微形貌。结果表明:提高温度和活性炭的渗碳作用都有助于提高煅烧试样的致密化程度。本试验较优的煅烧温度为1 400℃,在此温度下制备的碳化硼耐火材料的耐压强度为231.27MPa,显气孔率为22.43%,体积密度为1.72 g·cm-3。     

B4C和Si组合抗氧化剂对低碳MgO-C砖抗氧化性能的影响

以电熔镁砂、鳞片石墨、炭黑为主要原料,热塑性酚醛树脂为结合剂,六次甲基四胺为固化剂,硅粉(w(Si)>80%,粒度<0.074mm)和碳化硼(d90=36.5μm)为组合抗氧化剂,混合均匀后,在200MPa下压制成36mm×36mm的低碳MgO-C试样,经200℃烘干24h后,分别在600℃、1000℃和1400℃保温2h进行氧化试验,通过脱碳层面积的比较,研究B4C和Si组合抗氧化剂对低碳MgO-C砖抗氧化性能的影响。结果表明:(1)硅粉加入量为3%时,在600℃和1000℃,碳化硼加入量为0.5%的试样的抗氧化性能较好;在1400℃时,试样的抗氧化性能随碳化硼加入量的增大而增强,即碳化硼加入量为0.7%的试样抗氧化性能最好。(2)碳化硼加入量为0.5%时,在600℃和1000℃,硅粉加入量为3%与5%的试样的抗氧化性能相差不大,均比硅粉加入量为1%的试样好;而在1400℃,试样的抗氧化性能随硅粉加入量的增大有明显改善,即硅粉加入量为5%的试样抗氧化性能最好。(3)综合在不同温度下的氧化试验结果,认为含0.5?C和3%Si组合抗氧化剂的低碳镁碳材料的抗氧化性能最好。     

还原气氛下ZrO_2-Al材料在加热过程中的组成和结构演变

为了解决加入金属Al粉的含锆耐火制品在高温下易产生裂纹、开裂的问题,以单斜Zr O_2粉、金属Al粉、复合稳定剂Mg CO_3·Mg(OH)_2·6H_2O和Y(NO_3)_3·6H_2O为主要原料,研究了加入不同量Al粉的Zr O_2-Al材料在埋炭条件下于1 000、1 200、1 400和1 500℃加热过程中性能、物相组成和显微结构的演变。结果表明:当Al粉加入量超过1%(w)时,热处理后试样产生较多裂纹,导致试样强度急剧降低。在加热过程中,Al与气氛中的O_2、CO和N_2反应生成Al_2O_3和Al N,生成的Al_2O_3再与试样中的稳定剂Mg O发生反应生成Mg Al_2O_4导致Zr O_2失稳,而Zr O_2失稳导致的体积效应以及生成Mg Al_2O_4和Al N产生的膨胀导致试样产生裂纹。因此,在锆碳和铝锆碳材料中添加金属Al时,其加入量不宜太多,以不超过1%(w)为宜。     

石墨加入量对Al_2O_3-SiC-C不烧制品性能的影响

为了研究石墨加入量对Al_2O_3-SiC-C不烧制品性能的影响,以w(Al_2O_3)95%、粒度3~1和≤1 mm的电熔棕刚玉,w(SiC)≥98.5%、粒度≤1和≤0.088 mm的碳化硅,w(C)≥95%、粒度为0.15 mm的石墨,以及Al粉、Si粉为主要原料,采用热固性酚醛树脂为结合剂,经高速混练15 min后,以150 MPa压力压制成坯体试样。将各坯体试样在60℃干燥6 h,然后在120℃干燥6 h,最后于180℃干燥12 h制备了Al_2O_3-SiC-C不烧制品。采用国家标准检测材料常温物理性能和高温力学性能,采用对比方法检测了材料的抗氧化性和抗侵蚀性。结果表明:1)当石墨加入量(w)由6%增加至18%时,试样的显气孔率、体积密度和常温力学性能均呈下降趋势;高温抗折强度先上升后下降,在石墨加入量(w)为9%时达最大值;2)随石墨加入量增加,抗热震性略有增加;3)石墨加入量为9%(w)时抗侵蚀性最佳,继续增加石墨加入量,抗侵蚀性下降;4)随着石墨加入量的增加,试样的抗氧化性能明显下降。     

MgAlON-MgAl_2O_4复合材料的制备与性能研究

为了制备具有良好性能的MgAlON-MgAl_2O_4复合材料以替代含铬耐火材料,以电熔镁铝尖晶石(粒度1~3、≤1和≤0.074 mm)、活性α-Al_2O_3粉(2~5μm)、Al粉(≤0.074 mm)、Mg O粉(≤0.044 mm)为原料,采用原位生成MgAlON的方法制备了MgAlON-MgAl_2O_4复合材料。通过调整配料中α-Al_2O_3粉+Al粉+Mg O混合粉(三者的质量比固定为76∶12∶12)的加入量(在整个固态配料中的质量分数分别为15%、20%、25%和30%)来调整MgAlON的设计生成量,研究了MgAlON设计生成量对MgAlON-MgAl_2O_4复合材料致密度、常温强度、物相组成和显微结构等的影响。结果表明:1)随着α-Al_2O_3-Al-Mg O混合粉加入量的增加,复合材料中MgAlON相生成量增多;但当α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量达到30%(w)时,复合材料中有副产物Al4O4C生成。2)随着α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量从15%(w)增加到25%(w),复合材料中MgAlON晶粒发育程度逐渐变好,与MgAl_2O_4颗粒的结合也逐渐紧密;但当α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量达到30%(w)时,复合材料基质中有明显微气孔出现,致密性和均匀性变差。3)随着α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量的增加,复合材料的烧后体积密度和显气孔率变化不大,常温耐压强度和常温抗折强度变化明显,烧成线变化率由微收缩变为微膨胀。4)综合考虑,α-Al_2O_3+Al+Mg O混合粉加入量为25%(w)的试样的性能最佳。     

β-Si_3N_4陶瓷复合材料烧结影响因素的分析

由前期研究可知,Si_3N_4-Al_2O_3-Y_2O_3-Al体系在B氧分压条件烧成,即氧分压为0.002MPa时,试样烧结良好。笔者就该体系中影响烧结的主要因素进行研究,探讨了氧化铝的加入量、氧化钇加入量、纳米氧化铝及其加入量、金属Al粉的加入量以及烧结温度等因素对材料烧结性能和显微结构的影响。试验结果表明:烧结温度越高,试样的性能越好。当烧结温度为1650℃,体积密度为3.14g/cm~3,显气孔率为0.7%,常温耐压强度为470MPa时,试样实现了致密烧结。     

硅粉加入量对Si_3N_4结合刚玉材料性能的影响

为了研究Si_3N_4结合刚玉材料的性能,以电熔棕刚玉颗粒(w(Al_2O_3)95.4%,粒度3~1和≤1 mm)、电熔棕刚玉细粉(w(Al_2O_3)95.4%,d50=75μm)和硅粉(w(Si)99.0%,d50=75μm)为主要原料,通过原位氮化烧结工艺制备了Si_3N_4结合刚玉复合材料,研究了硅粉加入量(w)分别为10%、15%和20%时材料的介电性能、力学性能及抗热震性能,并对其物相和显微结构进行分析。结果表明:硅粉加入量(w)由10%增加到20%,材料的常温力学性能及热膨胀系数下降,抗热震性能有明显的提高;当硅粉加入量(w)为20%时,复合材料在1 100℃水冷热震50次时,试样表面仍无剥落,表现了良好的抗热震性。     

Fe_2O_3和Al_2O_3促进MgO烧结的机制研究

为了提高Mg O的烧结性能,设计了纯Mg O、加入0.5%(w)Fe_2O_3的Mg O和加入0.5%(w)Al_2O_3的Mg O共3组配方,经球磨混练、自然风干、成型、干燥后,在1 500℃保温1 h烧成,然后采用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和配有能谱仪的扫描电子显微镜对烧后试样进行表征,并分析Fe_2O_3和Al_2O_3促进Mg O烧结的机制。结果表明:加入Fe_2O_3或Al_2O_3能提高Mg O在1 500℃保温1 h烧后的致密度。其促烧结机制为:增加Mg O晶体内双空位浓度,提高O~(2-)扩散速率;生成Mg Fe_2O_4、Mg Al_2O_4、Mg(Fe,Al)_2O_4、Fe Al_2O_4和(Mg,Fe)O,活化Mg O晶格。     

炭黑对镁质浇注料性能的影响

以配料组成(w):≤3 mm的高纯镁砂82%、≤3μm的SiO2微粉6%、≤0.043 mm的SiC微粉9%、≤0.045 mm棕刚玉微粉3%、≤0.045 mm的Al粉0.5%(外加)为基础配方,用炭黑替代部分镁砂粉研究了炭黑添加量(w)为0、0.2%、0.4%、0.6%时对镁质浇注料施工性能、力学性能及抗渣性能的影响。结果表明:在加水量一定的情况下,随着炭黑加入量的增加,浇注料的流动性能逐渐降低;干燥后试样的抗折强度和耐压强度均高于1 500℃3 h热处理试样的;不同气氛下烧结,浇注料的抗渣性呈现逐渐增强的趋势,在炭黑加入量为0.2%~0.4%(w)时,浇注料具有较好的常温物理性能及抗渣性。     

硅粉加入量对转炉无水副枪用刚玉-莫来石浇注料性能的影响

为改善转炉无水副枪用浇注料的抗热震性,以质量分数分别为71%的板状刚玉、14%的烧结莫来石、3%的CA80水泥、2%的SiO_2微粉、10%的α-Al_2O_3微粉制备了刚玉-莫来石浇注料试样,研究了硅粉外加量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%)对不同温度处理后试样性能的影响。结果表明:随着硅粉加入量增加,试样由收缩逐渐变为膨胀,试样的体积密度、常温抗折强度和常温耐压强度略有增加,显气孔率逐渐降低; 1 550℃处理后试样抗热震性能有所增加,且在硅粉加入量为2%(w)时试样的抗热震性最佳,强度保持率为48%。硅粉氧化为SiO_2后与Al_2O_3反应原位生成莫来石产生体积膨胀,在试样内部形成了一定量的微裂纹,提高了试样的抗热震性。     

不同添加剂加入量对Al_2O_3-SiC-C砖性能影响

为进一步提高Al_2O_3-SiC-C砖的性能,以≤5mm的均化矾土料、≤5mm的板状刚玉、≤1mm的碳化硅、0.044mm的α-Al_2O_3微粉和≤0.154mm的石墨等为原料,以酚醛树脂为结合剂制备了Al_2O_3-SiC-C不烧砖。研究了电熔镁砂粉、叶蜡石粉或红柱石粉的加入量(w)皆分别为1%、2%和3%时对试样各项性能的影响,并采用国标对220℃保温24h后试样的各项性能进行检测。结果表明:在Al_2O_3-SiC-C砖中添加少量电熔镁砂粉、红柱石粉、叶蜡石粉可提高试样的高温抗折强度和抗热震性能,加入1%(w)电熔镁砂粉的试样高温抗折强度最大,加入1%(w)红柱石粉的试样抗热震性最好;添加1%(w)电熔镁砂粉可减少熔渣对均化矾土的侵蚀,明显提高试样的抗渣侵蚀性能。综合考虑,加入1%(w)电熔镁砂粉的试样性能最佳。     

BN粉加入量对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

为了提高均质矾土基Al_2O_3-SiC-C耐火浇注料的性能,在以88均质矾土颗粒、碳化硅颗粒和细粉、白刚玉细粉、活性α-Al_2O_3微粉、球状沥青、SiO_2微粉、铝酸盐水泥为主要原料的均质矾土基Al_2O_3-SiC-C浇注料中,添加质量分数分别为0、0. 5%、1. 0%、1. 5%、2. 0%的氮化硼粉(粒度≤1μm),研究氮化硼粉加入量对Al_2O_3-SiC-C浇注料常温物理性能、抗氧化性能和抗渣侵蚀性的影响。结果表明:添加0. 5%～1%(w)的BN粉有助于试样的烧结致密化;随着BN粉加入量的增加,试样的抗氧化性和抗渣性逐渐增强;综合考虑,BN粉的适宜添加量为0. 5%～1%(w)。     

MgO细粉加入量对Al_2O_3-Al-C不烧滑板材料性能的影响

以板状刚玉颗粒与细粉、α-Al_2O_3微粉、金属Al粉、MgO细粉和石墨为原料,酚醛树脂为结合剂,在加入4%(w) Al粉基础上,用0. 088 mm的MgO细粉等量替代刚玉粉,研究MgO细粉加入量(质量分数分别为0、1%、3%和5%)对Al复合Al_2O_3-C不烧滑板材料性能、组成和显微结构的影响。结果表明:不加MgO细粉时,金属Al与C和N2反应生成纤维状Al_4C_3和Al N而起增强增韧作用,材料具有较高的高温强度和优良的抗热震性。MgO细粉加入量为1%(w)时,材料保持较高的高温强度和优良的抗热震性,材料中有较多纤维状Al_4C_3和AlN生成。MgO细粉加入量≥3%(w)时,材料的高温强度和抗热震性明显下降,这是由于MgO与基体中Al_2O_3以及Al反应生成的Al_2O_3发生反应生成MgAl_2O_4膨胀,进而产生较多裂纹,同时Al_4C_3和Al N生成量明显降低。但随着MgO细粉加入量的增加,材料的抗氧化性提高,这是由于在试样外层形成MgAl_2O_4致密层,阻碍氧气向材料内部扩散。     

SiC加入量及烧成气氛对MgO-MgAl_2O_4质耐火材料性能的影响

为改善炭素焙烧炉火道墙的导热性能,以高纯镁砂(5~2、≤2和≤0.088 mm)和预合成镁铝尖晶石(≤1 mm)为原料,SiC粉(≤0.088 mm)为添加剂,热固性酚醛树脂为结合剂,经配料、成型、烘干、1 500℃热处理3 h后,制备了MgO-MgAl_2O_4质耐火材料试样,并分别研究了SiC粉的加入量(质量分数分别为0、1%、2%、3%和4%)和烧成气氛(空气气氛或埋炭气氛)对MgO-MgAl_2O_4质耐火材料性能和显微结构的影响。结果表明:当SiC加入量为3%(w)时,经空气气氛烧后试样综合性能最好;当SiC加入量为4%(w)时,经空气气氛烧后试样的中心部位SiC氧化成SiO气体,形成边缘致密而中心疏松的蓄热体结构,热导率急剧下降;加入SiC后经埋炭烧后试样,由于SiC被氧化成SiO气体,导致试样孔隙率增加,试样的强度及热导率有所下降。     

MgO在Al_2O_3-SiC-C-Si-Al体系中的高温反应

为了研究Al_2O_3-SiC-C材料与其他材料复合后的性能,在复合加入6%(w)的Al粉+Si粉的基础上,再分别加入质量分数为0、0.5%、1%、2%、4%和6%的电熔镁砂粉,以研究引入MgO对该复合材料热膨胀性和抗氧化性的影响,并探讨高温下MgO在Al_2O_3-SiC-C-Si-Al体系中可能发生的反应。结果表明:1)向Al、Si复合Al_2O_3-SiC-C材料中加入少量的镁砂粉后,MgO与C、Si、Al、SiC等发生反应生成Mg、CO等气体而导致材料结构疏松,降低了材料的抗氧化性;2)高温下,MgO与Al_2O_3以及由Si氧化生成的Si O2等形成复杂的多元体系,有大量的低熔点相生成,收缩效应明显,减弱了生成尖晶石所产生的膨胀效应。因此,必须严格控制镁砂粉加入量在2%(w)以下,才能使Al_2O_3-SiC-C材料保持优良的高温性能。     

真空热压烧结制备高性能B4C/Al复合材料

B4C/Al复合材料因其优异的性能,受到了人们广泛关注.以Al粉和B4C粉体为原料,采用真空热压烧结法,在高于Al熔点温度时,制备出了碳化硼含量10wt%的铝基复合材料.研究结果表明:烧结温度为700 ℃,烧结压力为30 MPa,保温时间为45 min时,获得的B4C/Al复合材料力学性能最佳,其相对密度为98.2%,硬度为2.53 GPa,抗弯强度为350 MPa.球磨混料使Al颗粒表面生成少量Al2O3,在烧结过程中,Al2O3与B2O3发生固-液反应形成共融物,改善了B4C/Al之间的界面结合强度,从而获得力学性能优异的B4C/Al复合材料.     

添加物对镁钙材料抗水化性能的影响

为了提高烧结镁钙材料的抗水化性,在轻烧白云石粉中分别单一添加α-Al_2O_3粉(质量分数分别为10%、20%、30%、40%、50%)或Fe_2O_3粉(质量分数分别为2%、4%、6%、8%)以及复合添加Fe_2O_3粉+α-Al_2O_3粉(质量分数分别为10%+8%、10%+2%)或Fe_2O_3粉+α-Al_2O_3粉+ZrO_2粉(质量分数分别为1.2%+12%+5%、1.2%+12%+10%),研究了单一和复合添加α-Al_2O_3、Fe_2O_3和Zr O2对不同温度(1 350~1 600℃)保温2 h烧后试样抗水化性能的影响。结果表明:单一添加Fe_2O_3时,随着Fe_2O_3含量的增加,水化质量增加率显著减小,温度的影响并不明显。单一添加α-Al_2O_3时,随着α-Al_2O_3含量的增加,水化质量增加率呈下降的趋势,升高温度,水化质量增加率逐渐下降。复合添加Fe_2O_3+α-Al_2O_3以及Fe_2O_3+α-Al_2O_3+ZrO_2时,生成的化合物和固溶体一方面减少了游离CaO的数量,另一方面加速了烧结致密化过程,阻碍了水蒸气向颗粒内部的扩散,能更有效地提高镁钙材料的抗水化性能,因此对白云石的抗水化性能优于单一添加物的。     

Si-SiC复合粉添加量对低碳镁碳耐火材料性能的影响

为了综合利用在太阳能硅晶板生产过程中产生的大量工业废弃料Si-SiC复合粉,将其作为添加剂引入到镁碳砖中,研究了Si-SiC复合粉加入量(加入质量分数分别为0、1%、2%和3%)对低碳镁碳耐火材料性能的影响。结果表明,废弃Si-SiC复合粉可以提高低碳镁碳砖的抗氧化性与热处理后试样的常温力学性能。随Si-SiC复合粉添加量的提高,镁碳砖的抗氧化性提高。当添加量为2%(w)时,固化后试样及经1 600℃埋碳热处理后试样的力学性能最佳。综合考虑低碳镁碳砖的各项性能,Si-SiC复合粉的合适加入量为2%(w)。采用废弃Si-SiC复合粉作为低碳镁碳耐火材料的抗氧化剂可有效降低生产成本。     

添加锰矿粉和碳酸钙对铝硅质陶粒支撑剂材料性能的影响

以二级铝矾土生料、黏土为原料,以锰矿粉和碳酸钙为烧结剂,制备了高强度陶粒支撑剂材料,并讨论了锰矿粉加入量(w)0、1.0%、3.0%、5.0%、7.0%和碳酸钙加入量(w)0.5%、1.0%、1.5%、2.0%以及热处理温度为1 280、1 320、1 360、1 400℃时对支撑剂材料性能的影响。结果表明:随锰矿粉加入量的增加,试样烧结致密度提高,强度增大,当锰矿粉加入量≥5.0%(w)时,试样的强度基本不变;在加入5.0%(w)锰矿粉基础上,添加碳酸钙,试样烧后强度随碳酸钙加入量的提高而提高;碳酸钙加入量为2.0%(w)时,试样的强度达到275 MPa;同时添加5.0%(w)锰矿粉和2.0%(w)碳酸钙的试样的较佳热处理温度为1 360℃。     

添加V_2O_5对SiC-Al_2O_3泡沫陶瓷性能的影响

为在较低温度下制备出性能良好的复合泡沫陶瓷,以工业碳化硅粉(≤0.074 mm,w(SiC)≥92.0%)和电熔白刚玉粉(≤0.074 mm,w(Al_2O_3)≥99.0%)为主要原料,采用有机泡沫浸渍法,在1 350℃保温2 h制备了SiC-Al_2O_3泡沫陶瓷试样,研究了烧结助剂V_2O_5添加量(外加质量分数分别为1%、2%和3%)对泡沫陶瓷试样外观形貌、物相组成、烧结性能、常温耐压强度和抗热震性的影响。结果表明:添加V_2O_5显著影响试样的显气孔率和耐压强度,当添加1%(w)V_2O_5时,试样的显气孔率、耐压强度达到最大值,分别是78.90%和0.35MPa;当V_2O_5添加量为2%(w)时,试样的抗热震性最佳,1 000℃至室温的热震循环次数达到49次(45次空冷+4次水冷);试样中均有新相SiO_2和Al_6Si_2O_(13)生成,利于提高试样的强度。