炭黑种类对低碳铝碳材料显微结构和力学性能的影响

以板状刚玉和活性氧化铝微粉为主要原料、4种不同种类的炭黑(N220,N330,N774,N990)为碳源、单质硅粉为添加剂,在埋焦炭条件下经800、1 000、1 200和1 400℃处理制备出低碳Al2O3-C耐火材料。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜,分别测定了材料的物相组成,观察了材料的显微结构,并借助于压汞仪检测了试样的孔径分布。采用三点弯曲法研究了材料的力学性能和断裂行为,采用水淬冷法研究了材料的抗热震性。结果表明:炭黑种类影响材料的显微结构与力学性能。试样内添加大粒径的炭黑时更有利于形成长径比大的碳化硅晶须,从而提高材料的力学性能。添加大粒径炭黑N990的试样经1 400℃处理后,其抗折强度较添加小粒径炭黑N220试样的抗折强度高出56%;小粒径炭黑有利于提高材料热震稳定性,其中,N330试样热震后的抗折强度保持率可达到62.99%,而N990试样的仅为37.4%。铝碳材料试样内碳化硅相呈粒状与晶须状,前者具有核壳结构,为炭黑颗粒与含硅物质反应形成,后者主要通过气相反应成核--生长机制形成。     

膨胀石墨对镁碳耐火材料显微结构和性能的影响

以膨胀石墨为碳源,部分取代镁碳耐火材料(含5wt％的鳞片石墨)中的鳞片石墨,借助X射线衍射仪、场发射扫描电镜、能谱仪以及三点弯曲测试仪等研究了膨胀石墨的添加对热处理后镁碳材料的显微结构、力学性能、抗热震性和抗氧化性的影响.结果表明:镁碳材料中引入0.2wt％的膨胀石墨在高温下可促进材料基体内片状AlN相形成,进而使试样的抗折强度和弯曲模量达到最大,分别为12.35 MPa和2.82 GPa;但是过量的添加将对材料的致密度产生负面影响,从而降低了材料的抗折强度和弯曲模量;膨胀石墨的添加显著提高了镁碳材料的抗热震性但对材料的抗氧化性不利;当膨胀石墨的加入量为0.5wt％时,镁碳材料的综合性能最好,若想加大膨胀石墨的添加量,需对其抗氧化性进行改善.     

添加碳化硼对低碳铝碳耐火材料显微结构和性能的影响EI北大核心CSCD

以板状刚玉和活性氧化铝微粉为主要原料、纳米炭黑为碳源、碳化硼(质量分数0、0.5%、1%)和单质硅粉为添加剂,制备了低碳铝碳耐火材料。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜分别检测和观察了材料的物相组成和显微结构。采用三点弯曲法研究了材料的常温和高温力学性能,采用水淬冷法研究了材料的热震稳定性。结果表明:与空白试样相比,在1 000℃处理的含碳化硼的试样中发现碳纳米管(MWCNTs);温度高于1 200℃,在材料表面出现了明显的含氧化硼反应层,形成了外层Si C晶须较多、内层Si C晶须较少的分层结构。由于原位碳纳米管的形成,1 000℃处理后含碳化硼试样的抗折强度由空白试样的3.4 MPa提高到11.6 MPa;而1 200和1 400℃处理后,试样也因碳纳米管和Si C晶须协同作用,材料的抗折强度进一步提高至15~17和26~28 MPa。此外,引入碳化硼的铝碳材料高温抗折强度和热震稳定性也都大幅提升。     

加入碳纤维对铝碳耐火材料性能及显微结构的影响

为了提高铝碳耐火材料的性能,以电熔白刚玉(3~1、≤1 mm)为骨料,电熔白刚玉(≤0.074 mm)、鳞片石墨(≤0.15 mm)为基质,Si粉为抗氧化剂,热固性酚醛树脂为结合剂,碳纤维为添加剂,制成铝碳耐火材料,研究了碳纤维添加量对相组成、显微结构、常温物理性能、高温抗折强度和抗氧化性能的影响。结果表明:1)经220℃处理后,碳纤维与树脂结合紧密;1 100℃处理后,碳纤维与树脂之间存在一定的间隙,碳纤维表面未蚀变,但其表面有少量碳化硅晶须生成;1 400℃处理后,碳纤维表面发生蚀变,形成C-Si系物质,同时其表面形成大量碳化硅晶须;2)碳纤维在不显著改变铝碳耐火材料显气孔率和体积密度的基础上,能显著提高试样经220℃和1 400℃处理后的常温耐压强度和抗折强度及1 400℃下的高温抗折强度;3)碳纤维的加入使铝碳耐火材料抗氧化性能下降。     

结合剂对氧化铝-碳化硅-碳质铁沟浇注料力学性能和显微结构的影响

分别以水泥、氧化镁-硅灰和硅溶胶三种结合剂制备了氧化铝-碳化硅-碳铁沟浇注料,借助相关测试标准和SEM、EDS、XRD等测试手段对比研究了三种浇注料的力学性能、显微结构和物相组成.研究结果表明:以水泥和硅溶胶结合的浇注料常温强度较大,以氧化镁-硅灰为结合剂的浇注料常温强度最小;硅溶胶为结合剂浇注料高温抗折强度最大,氧化镁-硅灰为结合剂最小.原因在于:尽管以水泥和硅溶胶为结合剂的浇注料在高温烧成时都生成莫来石,但以水泥结合试样中只是在基质中部分生成莫来石晶体,而以硅溶胶为结合剂试样由于硅溶胶分散性好,脱水后微粒活性更高,在试样中均匀生成了大量交错分布的莫来石晶体,且长径比更大,因此显著提高了高温抗折强度;以氧化镁-硅灰为结合剂的浇注料高温生成镁铝尖晶石、镁橄榄石和堇青石,由于镁铝尖晶石促进了碳化硅的氧化,使得结构疏松,强度降低.     

石墨材料孔隙率对力学性能的影响

工程石墨材料的性能与其中的孔隙有着密切的关系,本文系统地研究了孔隙率对由同样的原材料经相同的制造工艺制成的具有不同孔隙率的石墨材料性能的影响。结果表明,石墨材料的力学性能均随孔隙率的增加而降低。石墨性能与孔隙率之间的这种相关性是显著的,可以很好地用一个经验的线性函数或指数函数进行定量的描述。石墨材料的断裂行为也随其孔隙率的增加而更加偏离理想的线性行为.     

不同碳材料对铝碳浇注料性能的影响

含碳浇注料因碳材料的水润湿性差及高温氧化引起的材料性能差等问题一直备受关注。分别以热氧化石墨、ZrC包覆改性石墨和水热碳化生物质碳材料为碳源制备铝碳浇注料,研究不同碳材料对铝碳浇注料显气孔率、物理性能、物相组成,以及抗氧化性和抗渣侵蚀性能的影响。结果表明:引入热氧化石墨的浇注料具有最高的加水量,残留孔隙破坏了材料内部结构,浇注料机械性能较差;添加ZrC表面改性石墨可以降低浇注料的加水量,抗氧化性能较好,但对力学性能的提升无显著影响;以生物质碳材料为碳源可以显著提高浇注料的物理性能,相比于添加石墨的试样,生物质碳材料并未显著提升试样的抗渣侵蚀性能。     

硅粉加入量对碳纤维增强铝碳耐火材料显微结构和强度的影响

以电熔白刚玉、石墨、硅粉和碳纤维为主要原料,通过固定刚玉细粉和硅粉总含量(29%),改变硅粉加入量(0～20%)制得了六组碳纤维增强铝碳耐火材料.采用XRD、SEM及EDS等研究了硅粉加入量对不同温度处理后材料物相组成、显微结构及强度的影响.结果表明:(1)220 ℃热处理后,硅粉含量低于8%时,抗折耐压强度变化不大;硅粉的含量高于8%时,抗折与耐压强度均降低.(2)1400 ℃热处理后,当硅粉含量从0增加到8%时,耐压强度与抗折强度均得到明显改善.而当硅粉量进一步增加时,试样出现裂纹,强度显著下降.(3)综合考虑,硅粉的最佳加入量为8%,此时经220 ℃、1400 ℃热处理后材料具有最好的抗折强度及耐压强度.     

纳米Al2O3对刚玉质耐火材料结构和性能的影响

在以板状氧化铝、电熔白刚玉、烧结氧化铝微粉为主要原料的刚玉质耐火材料中通过机械混合法和前驱体(铝溶胶)法引入0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(质量分数,下同)的纳米Al2O3,混练均匀后,以180MPa的压力压制成125mm×25mm×25mm的试样,于120℃干燥12h后,在硅钼棒电炉中于不同温度(1400℃、1500℃、1600℃和1650℃)下保温4h烧成,然后测定烧成后试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度和高温抗折强度,并采用SEM分析烧成后试样的显微结构。结果表明:以前驱体法引入纳米Al2O3对材料性能的优化效果明显好于机械混合法;在相同的工艺条件下,加入1.5%的纳米Al2O3对提高烧成试样的体积密度、常温抗折强度和高温抗折强度作用最明显;当纳米Al2O3加入量超过1.5%时,烧成试样的强度迅速降低。     

原料性能对镁碳耐火材料的显微结构和性能的影响

ＭｇＯ－Ｃ耐火材料的性能主要取决于ＭｇＯ，石墨和抗氧化剂如金属铝的性能，在本文中，论述了用不同粒度的ＭｇＯ，石墨和Ａｌ，并按重量配比制成不同的耐火材料，研究如强度，抗氧化性等与显微结构有关耐火材料的性能。     

锆刚玉莫来石对氮化硼材料显微结构及力学性能的影响

研究了锆刚玉莫来石对氮化硼材料显微结构及力学性能的影响。试验结果表明，氮化硼呈编织状结构构成基体的骨架，氧化物颗粒分布于编织状结构的空隙处，起弥散强化和韧化的作用。随锆刚玉莫来石引入量的加大，材料的韧性、室温及高温抗折强度提高。材料内生成的９Ａｌ＿２Ｏ＿３·２Ｂ＿２Ｏ＿３（Ａ＿９Ｂ＿２），呈细条状存在，在材料断裂时会产生拔出效应。同时，对材料在空气和氮气中的高温强度变化规律进行了研究。     

反应烧结含ZrO_2的刚玉-莫来石及其碳结合材料的显微结构和高温力学性能

本文研究了反应烧结含ZrO_2的刚玉-莫来石材料及其碳结合材料的相组成,显微结构和力学性能。结果表明,对刚玉-莫来石材料由于加入氧化锆引起的微裂纹,中、低温强度趋于下降;但在1300℃以上,强度和抗蠕变性能都有明显上升。这可能是因为微裂纹得到一定弥合,同时氧化锆和莫来石之间形成晶界固溶。对碳结合刚玉-莫来石-氧化锆材料,在所有试验温度下,强度都随石墨加入量增加而下降。强度-温度曲线呈现两个特征:(1)由600℃至800℃强度下降,而由800℃至1000℃强度均有回升;(2)由1300℃至1400℃强度略有回升。这与金属粉添加剂在不同温度下的行为有密切关系。形成针状或纤维状的碳化物有利于提高强度。     

MgO-ZrO2-C材料的性能和显微结构

研究了在MgO-C耐火材料中添加单斜氧化锆或锆英石所形成的MgO-ZrO2-C材料的性能和显微结构.结果表明(1)加入单斜氧化锆和锆英石导致材料的高温抗折强度降低.(2)热震温度低于1000 ℃时,加入不同量的单斜氧化锆或锆英石对材料抗折强度损失率的影响较小;而热震温度为1200 ℃时,不同的添加量有较大的差别,当单斜氧化锆的添加量为5%～7%,锆英石的添加量为1.54%时,MgO-ZrO2-C材料的抗折强度损失率最小.(3)添加的单斜氧化锆在1200 ℃的热震温度下有部分ZrO2固溶到了镁砂颗粒的内部;而添加的锆英石在1200 ℃下变化轻微,但在1400 ℃下,材料中仅存在少量未分解或分解不完全的锆英石,MgO由基质向锆英石颗粒内部扩散,导致分解完全的锆英石颗粒转变为ZrO2、CMS和c- ZrO2小颗粒.     

石墨粒度对赛隆-石墨复相材料相组成和显微结构的影响

以氮化铝粉(w(AlN)=99%)、硅粉(w(Si)=99%)、活性氧化铝微粉(w(Al2O3>)=99%)和鳞片石墨为主要原料,在流动N2气氛下分别于1 480和1 550℃制备赛隆-石墨复相材料.研究了石墨粒度(300、125、45 μm)和烧成温度(1 480、1 550℃)对β-SiAlON合成率的影响,同时借助XRD、SEM等手段分析和观察了材料的物相变化和断口形貌.结果表明,在1 480和1 550 ℃下,石墨均阻碍了β-SiAlON的合成:在1 480℃,石墨阻碍了α-Si3N4向β-Si3N4转化,并且石墨粒度越小,阻碍作用越显著;在1 550℃,碳热还原反应加剧,石墨对15R-SiAlON的生成更有利,并且石墨粒度越小,生成15R-SiAlON的趋势越大.     

混料方式对氮化硅陶瓷力学性能和显微结构的影响

借助扫描电镜、透射电镜、高分辨电镜、能量分散X射线等分析手段,研究了无压烧结氮化硅陶瓷材料的力学性能和显微结构,着重比较了粉料混合方式对材料力学性能和显微结构的影响。研究结果表明:行星式球磨机强化球磨混料可以有效地改善陶瓷粉料的混和效果,使烧结助剂均匀分布,抑制了晶粒的异常长大,有利于均匀结构的形成,力学性能也有不同程度的提高,而采用普通球磨混料方式制备的材料在局部区域产生晶粒异常长大情况。强化球磨混料制备氮化硅陶瓷的弯曲强度高达1.06GPa,Rockwell硬度达92,Vickers硬度达14.2GPa,断裂韧性达6.6MPa·m1/2。