ZrC改性石墨对低碳Al2O3-C耐火材料结构与性能的影响

为解决目前低碳Al₂O₃-C耐火材料性能下降、寿命缩短等问题，以Zr粉和鳞片石墨为原料，以NaCl和NaF为熔盐介质，在氩气气氛中于1 000℃保温3 h合成了ZrC改性石墨。然后以电熔白刚玉、α-Al₂O₃粉、Al粉、Si粉、鳞片石墨和ZrC改性石墨为原料，以酚醛树脂为结合剂制备了低碳Al₂O₃-C耐火材料试样。研究了ZrC改性石墨添加量(加入质量分数分别为0、1%、3%、5%)对低碳Al₂O₃-C耐火材料的物相组成、显微形貌、物理性能的影响。结果表明：与仅添加鳞片石墨的试样相比，引入1%～3%(w)的ZrC改性石墨可显著提高低碳Al₂O₃-C耐火材料试样的力学性能，但是当引入5%(w)的ZrC改性石墨时，降低了其性能。添加3%(w)ZrC改性石墨时，试样的力学性能最优，其常温抗折强度和常温耐压强度分别为22.3和97.5 MPa。     

低掺量红柱石粉对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

为了进一步提高Al₂O₃-SiC-C浇注料的性能,以棕刚玉、碳化硅、沥青、红柱石粉、α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉、Si粉、Al粉、Secar 71水泥为原料制备了Al₂O₃-SiC-C浇注料,研究了低掺量（质量分数分别为0、1%、2%、3%、5%）红柱石粉（≤0.055 mm）等量替代浇注料中的棕刚玉细粉对浇注料致密度、强度、抗热震性和抗氧化性等的影响。结果表明：随着红柱石粉添加量的增大,烧后试样的显气孔率和体积密度减小,常温抗折强度、高温抗折强度、抗热震性和抗氧化性均增大。     

Mg粉对Al2O3-C滑板材料性能的影响

以板状刚玉、α-Al₂O₃微粉、鳞片石墨和Mg粉为原料,以酚醛树脂为结合剂,制备了添加Mg粉的Al₂O₃-C材料,研究了不同温度埋炭处理后（600～1 400℃）Mg粉对不烧Al₂O₃-C材料性能的影响。结果表明：金属Mg活性高,Mg在600℃即可与O₂、CO或CO₂反应生成MgO陶瓷相,保护树脂碳不被氧化,且原位形成的MgO陶瓷相形成了紧密结合,产生强化作用,使不烧Al₂O₃-C材料的中低温强度提高;在1 000～1400℃,MgO和Al₂O₃生成MgAl₂O₄,且MgAl₂O₄的晶粒尺寸和生成量随着温度的升高而增加,对材料有增强作用;但1 400℃烧后试样的强度明显下降,这是由于生成MgAl₂O₄     

Al和Al-Si加入量对Al2O3-C材料高温性能的影响

在板状刚玉颗粒、板状刚玉细粉、α-Al2O3微粉和石墨含量(质量分数,下同)分别为65%、27%、6%和2%的Al2O3-C材料中,分别以5%、8%和11%的Al粉或Al-Si复合粉(8%Al 1.5%Si和8%Al 3%Si)替代等量的板状刚玉细粉,外加3.5%的热固性树脂混练均匀,成型后于800℃埋炭热处理3h。在埋炭条件下检测试样400~1400℃的热态抗折强度、200~1400℃的应力-应变、常温~1500℃的热膨胀率以及试样的抗热震性和抗氧化性,并对部分试样进行了XRD、SEM和EDS分析。结果表明(1)随着温度的升高,试样的热态抗折强度表现出先降低,后快速升高,最后慢速升高的变化趋势;温度≥1000℃时,试样的热态抗折强度随Al粉加入量的增多而提高;在加入Si粉后,试样的热态抗折强度进一步提高。(2)试样在低温时即产生塑性变形,一直到1400℃仍处于塑性变形阶段。(3)试样的抗热震性随Al粉加入量的增多而提高,在加入Si粉后继续小幅提高。(4)试样的抗氧化性随Al粉加入量的增加而提高,加入Si粉后由于形成致密的氧化层结构,抗氧化性进一步提高。     

Al粉、Si粉对低碳Al2O3-C滑板显微结构和高温力学性能的影响

为了改善低碳Al2O3-C滑板的高温力学性能,在质量分数65%的电熔白刚玉颗粒、25%的白刚玉细粉、6%活性α-Al2O3粉、4%的石墨+炭黑、外加4%酚醛树脂的滑板配料中,分别以3%(w)的Al粉或Si粉或3%(w)Al粉+3%(w)Si粉等量替代白刚玉细粉,混匀后在150 MPa下压制成140 mm×25 mm×25 mm的试样,经200℃24 h干燥,1 400℃埋焦炭处理3 h后,检测其高温抗折强度和抗热震性,并分析物相组成及显微结构。结果表明:单加Al粉的试样高温抗折强度高于单加Si粉的,但前者热震后残余抗折强度比后者低;与单加Al粉或Si粉的试样相比,同时加Al粉和Si粉的试样具有更高的高温抗折强度和更优的抗热震性。力学性能的变化与试样中原位生成的非氧化物相密切相关:在单加Al粉或Si粉的试样中分别有棒状AlN晶须或纤维状SiC晶须生成;而同时加Al粉和Si粉的试样中除了有AlN晶须和SiC晶须生成外,还原位生成了六角板状的SiAlON相,并相互交织在一起。     

B4C添加量对Al2O3-C材料性能的影响

以板状刚玉(粒度≤1、≤0.075 mm)、Al-Si合金粉(粒度为50μm)、α-Al₂O₃微粉(粒度为5μm)、鳞片石墨(粒度≤0.074 mm)和B₄C粉(粒度为20μm)为原料，硝酸镍为催化剂，酚醛树脂为结合剂制备了Al₂O₃-C材料，研究了B₄C添加量(加入质量分数分别为0、3%、6%和9%)对Al₂O₃-C材料性能的影响。结果表明：1)随着B₄C添加量的增加，试样的线变化率明显减小，常温抗折强度和耐压强度明显增大；当B₄C添加量为3%(w)时，试样经1 450℃处理后的线变化率降至0.65%,常温抗折强度和耐压强度最高，分别为28.7和57.3 MPa。2)当B₄C添加量为6%(w)时，试样经1 400℃空气气氛氧化后的氧化指数降至3.9%,抗氧化能力明显增强。     

加入不同量Al粉和Si粉的低碳Al2O3-C滑板的高温力学性能

以板状刚玉、α-Al2O3微粉、石墨、Al粉、Si粉为原料,固定板状刚玉、α-Al2O3微粉、石墨的加入质量分数分别为85%、5%、2%,加入8%(w)不同比例的Al粉和Si粉(Al、Si质量比分别为0∶8、5∶3、3∶5和8∶0),以酚醛树脂为结合剂,制备了低碳Al2O3-C滑板,并研究了该滑板材料于1 500℃保温3 h埋石墨热处理后的热态抗折强度、应力-应变关系和抗热震性,同时分析了其物相组成和显微结构。结果表明,此低碳Al2O3-C滑板材料具有较高的高温强度和优良的抗热震性:当Al、Si质量比从0∶8变为8∶0时,材料在1 400℃的高温抗折强度从10.4 MPa增至32.4 MPa;在6.5 MPa载荷下1 400℃时的最大变形量从215μm降至90μm;1 100℃风冷热震3次后的抗折强度保持率从80%降至65%。这是由于Al、Si在使用的高温下与C、CO和N2反应生成了非氧化物Al4C3、AlN和SiC,这些非氧化物填充在刚玉骨架结构中起增强、增韧作用,有利于提高低碳Al2O3-C滑板材料的高温力学性能。     

骨料种类对铁水包用Al2O3-SiC-C砖性能的影响

骨料作为耐火材料的重要组成部分,决定着材料的各项性能。分别以粒度均为5～3、3～1和≤1 mm的高铝矾土、电熔棕刚玉、板状刚玉为骨料,以电熔白刚玉(≤0.045 mm)、SiC(≤0.075 mm)、活性α-Al₂O₃微粉(≤0.045 mm)和鳞片石墨(≤0.15 mm)等为基质,以热固性酚醛树脂为结合剂制备了Al₂O₃-SiC-C砖,研究了骨料种类(高铝矾土、电熔棕刚玉、板状刚玉)对Al₂O₃-SiC-C砖常温力学性能、高温力学性能和抗渣性能的影响。结果表明：以板状刚玉为骨料时,由于其较高的致密度和较低的杂质含量,使得Al₂O₃-SiC-C砖具有最优的高温力学性能和抗渣性能;以高铝矾土为骨料时,由于其较高的气孔率和杂质含量,导致试样高温力学性能和抗渣性最差。     

六方氮化硼复合氧化铝耐火材料的性能研究

以粒度为3~1和≤1 mm的板状刚玉为骨料,板状刚玉细粉、α-Al2O3微粉和Si粉为细粉,分别添加质量分数为3%的六方氮化硼、3%和10%的鳞片石墨制备了Al2O3-BN和低碳、高碳Al2O3-C三种试样,并对比了其常温物理性能、高温强度、抗氧化性、抗热震性和抗渣侵蚀性。结果表明:1)Al2O3-BN耐火材料的常温、高温物理性能与低碳铝碳材料相差不大,并优于传统高碳铝碳材料;2)Al2O3-BN耐火材料具有比碳复合耐火材料更好的抗热震性和抗氧化性,抗渣性与低碳铝碳材料的相当;3)考虑到材料的整体性能,六方氮化硼可以替代石墨作为原料,用于制备综合性能优异的氧化铝质复合耐火材料。     

石墨烯纳米片对低碳Al2O3–ZrO2–C滑板耐火材料性能的影响

通过原子力显微镜和透射电子显微镜表征石墨烯纳米片的形态,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析等表征滑板的物相组成和微观形貌,研究了石墨烯纳米片对低碳Al₂O₃–ZrO₂–C滑板结构和性能的影响。结果表明:加入石墨烯纳米片能够填充滑板中的微细孔隙,促进颗粒间碳化硅晶须的形成,有效提升滑板的性能,当加入1.5%的石墨烯纳米片刚玉复合粉替代碳黑后,滑板既有较好的抗氧化性,其强度和抗热震性能也显著提高。     

SiO2微粉加入量对β-SiAlON-SiC材料性能的影响

在保证承烧锂电池三元正极材料匣钵用β-SiAlON-SiC材料抗碱性的前提下,以SiC颗粒和细粉、Si粉、Al粉、α-Al₂O₃微粉等为原料,采用高温氮化法制备β-SiAlON-SiC材料,研究了SiO₂微粉加入量(外加质量分数分别为0、1%、2%、3%)对β-SiAlON-SiC材料的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度、物相组成、抗碱性的影响。结果表明：1)在β-SiAlON-SiC材料中添加SiO₂微粉可以降低其显气孔率,显著提高其常温抗折强度和高温抗折强度;2)添加SiO₂微粉不会影响Si粉和Al粉的氮化效果,但会影响Al₂O₃在Si₃N₄中的固溶度和β-SiAlON的生成量;3)SiO₂微粉的最优添加量为1%(w),所得试样的抗碱性明显优于未添加SiO₂微粉试样的。     

Al2O3-MgAl2O4复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

为研究Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响,在基质中添加与不添加尖晶石细粉的2种情况下,分别以板状刚玉骨料和Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料制备了刚玉-尖晶石浇注料。先利用FactSage反应热力学软件计算了1 600℃时板状刚玉和Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料与熔渣之间的反应热力学,并采用浸泡法研究了2种骨料的抗渣性能,再采用静态坩埚法研究了2种骨料对浇注料抗渣性能的影响。结果表明：与板状刚玉骨料相比,Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料侵蚀层中的裂纹细而少,遭受熔渣侵蚀后不易剥落,其过渡层中既有CA₆相也有尖晶石相,而且尖晶石相中固溶有Fe、Mn元素,该骨料不仅通过形成CA     

ZrB_2对Al-Si复合Al_2O_3-C材料高温力学性能的影响

以板状刚玉、α-Al2O3微粉、Al粉、Si粉、ZrB2和石墨为原料,酚醛树脂为结合剂,采用150 MPa压力压制成25 mm×25 mm×145 mm的试样。研究ZrB2加入量(其质量分数分别为0.5%、1%、1.5%、2%)对Al-Si复合Al2O3-C材料高温抗折强度和抗热震性的影响,并分析了试样物相组成和显微结构的变化。结果表明:(1)加入ZrB2质量分数≥1%时,可明显提高200℃烘烤和700℃热处理后试样的高温抗折强度和抗热震性;加入ZrB2对1 500℃烧后试样的高温抗折强度和抗热震性影响不大。(2)加入ZrB2后AlN和SiC生成量明显增加,晶体发育良好,形成连续交叉连锁的网络结构,对材料增强、增韧作用显著,有利于提高材料的高温强度和抗热震性。     

添加浮选镁砂颗粒和Al2O3细粉对方镁石-尖晶石砖性能的影响

以烧结镁砂、浮选镁砂、电熔镁铝尖晶石和煅烧Al₂O₃细粉为主要原料,以木质素磺酸钙为结合剂,经混练、成型、1 650℃烧成制备了方镁石-尖晶石砖,主要研究了以浮选镁砂颗粒替代普通烧结镁砂颗粒以及在此基础上外加不同量煅烧Al₂O₃细粉（质量分数分别为0、3%和5%）对方镁石-尖晶石砖性能的影响。结果表明：1)以浮选镁砂颗粒替代普通烧结镁砂颗粒制备的方镁石-尖晶石砖,显气孔率和常温耐压强度降低,体积密度、抗热震性、高温强度和高温韧性提高。2)在以浮选镁砂颗粒替代普通烧结镁砂颗粒制备的方镁石-尖晶石砖中,随着煅烧Al₂O₃细粉引入量的增多,显气孔率和常温耐压强度降低,体积密度、抗热震性、高温强度和高温韧性提高。     

改性树脂对金属复合不烧Al2O3-C滑板性能的影响

以板状刚玉、α-Al2O3微粉、鳞片石墨、金属铝粉和硅粉为主要原料,外加质量分数4%的热固性酚醛树脂和改性树脂为结合剂,制备了金属复合不烧Al2O3-C滑板试样,并研究了改性树脂加入量(质量分数分别为0、1%、2%、3%)对试样于400～1 000℃埋炭(石墨)和空气条件下烧后性能的影响。结果表明:加入改性树脂可明显提高两种气氛烧后试样的中低温强度,但改性树脂对试样的抗氧化性略有负面影响。选取改性树脂加入质量分数为2%的配方所制备的不烧滑板在120 t钢包试用,取得了良好效果,与不加改性树脂的普通不烧滑板相比,平均连滑率从1.3次提高至2.2次。     

加入Si,Si/Al对高碳Al2O3-C材料抗热震性的影响

以电熔白刚玉、熔融石英(粒度≤0.5 mm)为骨料,鳞片石墨(粒度≤0.15 mm)、电熔白刚玉粉(粒度≤0.088mm≤0.045 mm)、Si粉(粒度≤0.074 mm)、Al粉(粒度≤0.088 mm)为基质,热固性酚醛树脂作结合剂,压制成25 mm×25 mm×125 mm的试样,经200℃固化24 h后,在埋炭条件下经1200℃下保温3 h制成碳含量为30%的高碳Al2O3-C材料.分别用5%、10%、15%、20%的Si粉替代高碳Al2O3-C材料中的石墨研究其对试样抗热震性的影响;根据Si粉替代石墨的结果又研究了不同比例Si/Al粉(总量10%)替代石墨后对试样抗热震性的影响,并用SEM和XRD分析热震后试样的显微结构和物相组成.结果表明:(1)Si替代石墨量在5%～10%之间,试样的抗热震性基本保持不变,替代量大于10%以后试样的抗热震性下降.(2)Si/Al替代石墨量为10%时,改变Si/Al比例对试样抗热震性的影响不大.(3)适量Si,Si/Al基本保持Al2O-C材料抗热震性的原因是原位生成非氧化物.     

Mn对含炭耐火材料抗渣侵蚀性的影响

以烧结板状刚玉、锆莫来石、天然鳞片状石墨为主原料 ,酚醛树脂为结合剂 ,Al、Si、B4C、Mn粉为添加剂 ,经 1 4 50℃埋炭烧成后 ,制成铝炭和铝锆炭系列试样 ,并对各试样的抗渣侵蚀性能进行了对比研究。结果表明 :在铝锆炭材料中 ,当Mn与Al、Si复合加入且Mn与C的质量比为 1∶4时 ,试样的抗侵蚀性和渗透性均较好 ;在铝炭材料中 ,当Mn与Al、Si、B4C复合加入且Mn与C的质量比为 1∶4时 ,试样的抗渗透性较好     

Si粉和Si-Al复合粉加入量对原位合成Al2O3-SiC-SiAlON材料抗氧化性的影响

以电熔白刚玉、α-Al2O3微粉、Si粉、Al粉为原料,在普通刚玉砖的配料中分别加入5%(质量分数,下同)和8%的Si粉或7%(Si) 1%(Al)、5%(Si) 3%(Al)和3%(Si) 5%(Al)的Si-Al复合粉,以树脂为结合剂,在150MPa下成型为25mm×25mm×125mm的5组试样,经150℃24h固化后,在埋炭条件下于1500℃保温3h烧成,冷却后在空气中进行常规热重分析和大试样热重分析,测量氧化后试样剖面的氧化层厚度和氧化面积百分数,并进行了相应的XRD和SEM分析。结果表明:1)原位合成的刚玉-SiC-SiAlON试样的氧化属于保护性氧化;2)随着Si粉加入量的增加,试样的抗氧化性增强;随着Al粉的加入及其加入比例的增大,试样的抗氧化性减弱。     

玻璃窑炉用新型氧化锆基复合材料性能研究

为了给玻璃窑熔池提供一种综合性能优良的材料，按m(ZrO₂)∶m(Al₂O₃)=4∶1将ZrO₂粉和Al₂O₃粉充分混合后在电弧炉内熔融，再将得到的电熔氧化锆-刚玉共晶料加工成不同粒度，随后按一定的颗粒级配配料并混合均匀，压制成型后在1 750℃下烧结，制备了新型氧化锆基复合材料，分析了物相组成和显微结构等性能，并与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖进行了抗玻璃液侵蚀性对比。结果表明：新型氧化锆基复合材料结构致密，且化学纯度高、组分无低熔点物，具有良好的抗热震性。与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖相比，新型氧化锆基复合材料被高温玻璃液侵蚀后未见孔洞，无针状气孔及缺陷，无液相渗入，与玻璃液没有发生反应，具有良好的抗玻璃液侵蚀性能。     

纳米Al2O3/SBR复合改性沥青高温性能研究

本文为研究纳米Al₂O₃的掺入对纳米Al₂O₃/SBR(丁苯橡胶)复合改性沥青高温性能的作用，通过针入度、延度、软化点三大基本指标与动态剪切流变(DSR)试验进行分析，试验结果表明：纳米Al₂O₃的掺入改变了沥青的三大指标，DSR试验中，相同高温下纳米Al₂O₃/SBR复合改性沥青较基质沥青及SBR改性沥青的车辙因子有明显的提升。所以，通过掺入纳米Al₂O₃改善沥青高温性能是可行的。