加入β-SiAlON对铝碳质材料性能的影响

以白刚玉、熔融石英(≤0.5mm)为骨料,鳞片石墨(≤0.15mm)、白刚玉(≤0.088mm和≤0.045mm)、矾土基β-SiAlON(≤0.088mm)以及添加剂为基质料,酚醛树脂作结合剂,在骨料与基质的质量比为35∶65的基础上,分别用0、7%、14%、21%、28%的矾土基β-SiAlON取代铝碳质材料中的石墨,经等静压成型后,试样于180℃固化24h,并在埋炭条件下于930℃热处理,研究了β-SiAlON加入量对处理后试样常温物理性能、抗氧化性、高温机械性能和抗热震性的影响。结果表明:(1)随着β-SiAlON加入量的增加,试样的显气孔率显著上升,体积密度降低,常温和高温抗折强度下降,抗氧化能力变差;(2)与原铝碳材料相比,加β-SiAlON的试样抗热震性均有所降低,但仍保持了良好的抗热震性,在1100℃热震温差下水冷3次和5次后的强度保持率均在90%和75%以上;(3)从降低C含量的角度考虑,在不显著降低铝碳材料性能的情况下,β-SiAlON加入量以7%左右较为适宜,此时试样仍具有较好的抗氧化性和高温抗折强度。     

不同石墨碳源对MgO-C浇注料性能的影响

分别以电熔镁砂和4种石墨碳源——用电熔镁砂和鳞片石墨制成的w(C)≈35％的造粒石墨(PG)、w(C) =98.34％的焦炭石墨(CG)、w(C) =99.08％的电极石墨(EG)、废镁碳砖(MC)为原料,制备了碳含量均为5％(w)左右的MgO-C浇注料,研究了不同石墨碳源对浇注料物理性能、抗氧化性能和抗渣性能的影响.结果表明:加入适量石墨碳源可以显著提高镁质浇注料的抗渣渗透性;含PG、CG和EG的MgO-C浇注料比含MC的显气孔率低,强度更高,抗氧化性更好;与石墨化程度较低的CG、EG相比,含鳞片石墨的PG、MC更有利于MgO-C浇注料抗渣性能的提高,并且石墨以细小鳞片状的形式在基质中均匀分布对抗渣性非常有利.     

原位催化氮化制备β-SiAlON结合SiC材料

以SiC颗粒、Si粉、Al粉和活性α-Al₂O₃粉为原料,以Fe为催化剂,采用原位催化氮化法制备了β-SiAlON（z=3）结合SiC材料。研究了氮化温度（分别为1 350、1 400和1 450℃）和Fe加入量（分别为Si粉质量的1%、2%和3%）对合成材料的物相组成、显微结构、显气孔率、体积密度和高温抗折强度的影响。结果表明：氮化温度以1 400℃为佳,Fe加入量以Si粉质量的1%为佳;加入Si粉质量的1%的Fe、在1 400℃保温3 h氮化制备的试样中生成的β-SiAlON晶须直径较为均匀,试样的氮化程度、致密度和高温抗折强度均较大。     

碳含量对MgO-C材料抗氧化性和抗渣侵蚀性的影响

以w(MgO)=98.5%的电熔镁砂和w(C)=99.3%的天然鳞片石墨为原料,酚醛树脂为结合剂,于900℃氩气气氛中炭化处理后制备了碳含量(w)分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%的MgO-C材料,并考察碳含量对其抗氧化性(1 000、1 400℃下)和抗渣侵蚀性(1 650~1 700℃)的影响。结果表明:1)随着碳含量的增加,MgO-C试样的抗氧化性能提高;2)渣线部位试样的侵蚀量随着碳含量的增加先减少后增加,在碳含量为20%(w)时最小;钢液部位试样的侵蚀量随着碳含量的增加而增加,但当碳含量为25%(w)时急剧减少。     

β-SiAlON对刚玉基超低水泥浇注料性能的影响

研究了β-SiAlON加入量 (质量分数 )分别为 0、4%、6%、8%和 10%时对刚玉基超低水泥浇注料烧结性能、高温强度和抗热震性的影响。结果表明:β SiAlON的加入对材料的烧结有负面影响,它使试样的气孔率升高,强度降低,但提高了试样的高温抗折强度 (1400℃);β-SiAlON的加入可显著改善试样的抗热震性,残余强度保持率由 18. 4%提高到 40% ~49%。     

不同Z值β-SiAlON的显微结构与力学性能

在1773 K、埋Si3N4粉气氛下,以Si、Al和Al2O3(均为分析纯)为原料合成了Z值分别为0.6、1.3、3.0和4.0的β-SiAlON.试验发现:随着所合成β-SiAlON的Z值从0.6增加至4.0,反应产物中逐渐有Al2O3剩余并生成15R(SiAl4O2N4),而且β-SiAlON的晶体形貌也有较大变化:Z=0.6～3.0时,β-SiAlON由细小晶须伴生转变为具有较大直径和长径比的六方柱状晶交织,且具有较完整的晶体结构,随着Z值的增加,材料的耐压强度和抗折强度同时提高;Z=4.0时,晶体形貌则是片状和具有较大长径比的长片状晶相互交错,和Z=3.0相比,材料的耐压和抗折强度有所下降,这主要取决于不同Z值β-SiAlON的不同晶体形貌及断裂方式.     

膨胀石墨对MgO-C耐火材料性能的影响

含石墨的MgO-C耐火材料具有优异的抗渣性和抗热震性,是炼钢工业最重要的耐火材料。然而,较高的石墨或碳含量会导致MgO-C耐火材料的高温强度降低,耐火衬的热导率增加。因此,需要减少碳含量且不降低抗热震性。印度的研究人员利用膨胀石墨代替鳞片石墨,并研究了MgO-C材料的性能。试验基础配比(w)为:粗、中颗粒的高纯电熔镁砂65%,镁砂细粉28%,鳞片石墨5%,Al粉1%,B4C粉1%,外加热塑性酚醛树脂4%。以质量分数分别为0.2%、0.5%、0.8%的     

β-SiAlON基复相耐火材料的高温使用性能研究

研究了β-SiAlON-刚玉、β-SiAlON-SiC和β-SiAlON-刚玉-SiC三种复相耐火材料的主要高温使用性能,以及其中SiAlON相含量(w,下同)分别为25%、40%和55%时对其性能产生的影响。结果表明:β-SiAlON-SiC复相耐材的抗热震性、抗渣侵蚀性优于β-SiAlON-刚玉,在热震温差为1100℃时,抗热震次数达到40次以上;β-SiAlON-刚玉复相材料的抗氧化性优于β-SiAlON-SiC,在1400℃氧化10h后,各试样单位面积的质量增加量约为:β-SiAlON-刚玉29.07～29.79mg·cm-2,β-SiAlON-SiC35.56～36.40mg·cm-2,β-SiAlON-刚玉-SiC33.0mg·cm-2。随着β-SiAlON含量的增加,β-SiAlON-刚玉的抗热震性和抗渣侵蚀性增强,抗氧化性减弱;而β-SiAlON-SiC的抗热震性减弱,抗渣侵蚀性和抗氧化性增强。     

不烧Al-Si复合低碳Al2O3-β-SiAlON材料的抗氧化性能

采用大试样高温热重分析仪研究了不烧Al-Si复合低碳Al2O3-β-SiAlON材料(MAC-F)的抗氧化性,并与Al-Si复合不烧铝碳滑板材料(MAC-S)进行了比较。结果表明(1)两种材料在250~1100℃氧化时的质量变化规律相似,在500℃以前均处于质量损失状态;从500℃开始试样处于质量增加状态,500~1100℃之间两种材料质量变化率的增加量差别不大;1100℃以上材料MAC-S的质量变化率的增加量明显提高,而材料MAC-F质量变化率的增加量稍有降低。(2)1500℃氧化后,材料MAC-F质量增加率明显低于材料MAC-S的,氧化层很薄,厚度仅0.5mm。材料MAC-F的氧化层中有较多的短柱状莫来石晶体,均匀地分布在刚玉骨架结构的空隙中,形成致密的结构,对氧气进入材料的内部起到了阻碍作用。其氧化层表面覆盖着一层由莫来石和少量玻璃相组成的光滑薄膜,更有效阻碍了氧气向内部的渗透。因此,材料MAC-F与材料MAC-S相比,抗氧化性能更为优异。     

β-Si3N4对MgO-C砖高温性能的影响

研究了β-Si3N4对镁碳砖高温性能的影响及其作用机理.研究表明由于β-Si3 N4呈针状结构,热膨胀系数低,对多数熔渣和金属的润湿性小,加入β-Si3N4的镁碳砖,其高温抗折强度提高,热膨胀率降低,抗渣侵蚀性提高;另外,在反应层与原砖层之间发现有富硅层形成,这有利于抑制石墨和氮化硅的氧化以及渣的渗透.     

六铝酸钙加入量对MgO-C耐火材料性能的影响

为提高MgO-C耐火材料的寿命,以电熔镁砂(5～3、3～1、≤1、≤0.074 mm)、鳞片石墨(≤0.15 mm)、Si粉(≤0.044 mm)、Al粉(≤0.044 mm)、六铝酸钙(≤0.044 mm)为原料,以热固性酚醛树脂为结合剂,以150 MPa压力机压成型制备了MgO-C砖试样.试样经过1200、1400...     

矾土基β-SiAlON结合刚玉-碳化硅复合材料的制备及性能

采用电熔刚玉(≤0.088mm、≤1mm和3～1mm三种粒度)、碳化硅颗粒(3～1mm)、Al2O3微粉、高铝矾土粉、Al粉和Si粉为原料,通过1500℃5h氮化反应制备了矾土基βSiAlON(z设计值为2)结合刚玉-碳化硅复合材料,研究了碳化硅颗粒加入量(分别为0、10%、20%、30%、40%)、Al2O3微粉加入量(分别为0、1%、3%、5%、7%)和βSiAlON理论生成量(分别为15%、20%和25%)对复合材料密度、显气孔率和常温强度的影响,以及不同βSiAlON理论生成量试样的热态抗折强度与温度(400～1400℃)的关系,并借助于XRD、SEM和EDS对复合材料进行了相组成和显微结构分析。结果表明:(1)随碳化硅颗粒加入量的增加,复合材料的体积密度下降,显气孔率和常温强度增加,加入30%碳化硅颗粒时,材料的综合性能较好。(2)随Al2O3微粉加入量的增加,复合材料的体积密度增加,显气孔率下降,其加入量以3%为宜。(3)复合材料的热态抗折强度随温度升高而增加,在1000℃时达到最高值;1000℃以后,强度下降,但在1400℃,βSiAlON理论生成量为20%和25%的矾土基βSiAlON结合刚玉-碳化硅复合材料的强度仍高于其常温时的强度。其原因是互相交错的柱状βSiAlON结合相填充在刚玉和SiC骨架的空隙中,起到了增强、增韧的作用。     

二氧化锰加入量对含铝MgO-C砖高温抗折强度和显微结构的影响

以97电熔镁砂和95鳞片状石墨为主要原料,添加金属铝粉和硅粉,以酚醛树脂为结合剂,制备了含铝镁碳砖,研究了二氧化锰加入量对试样高温抗折强度的影响,并借助X-射线衍射仪,扫描电镜等对试样物相和显微结构进行检测.结果表明:试样高温抗折强度在MnO2加入量0.5％时和未加入时相等,随着二氧化锰加入量的增大,试样高温抗折强度减小;在试样中加入二氧化锰,由于二氧化锰分解释放出氧气,抑制了铝粉的碳化和氮化,而直接氧化为氧化铝,部分转化为镁铝(锰铝)复合尖晶石,体积膨胀,结构致密;部分和基质中氧化钙、二氧化硅等杂质生成了低熔物,也促进了结构的致密化;但是随着二氧化锰量的增大,释放氧气过多,部分石墨被氧化,气孔率增大,并且生成的液相量增加,又使得试样高温抗折强度减小.     

矾土基β-SiAlON结合刚玉复合材料抗氧化性能研究

研究了1250~1350℃间矾土基βSiAlON结合刚玉复合材料的氧化行为,并与氧化铝基βSiAlON结合刚玉复合材料的氧化行为进行了对比。结果表明, 1250℃以上,矾土基βSiAlON结合刚玉复合材料的抗氧化性能优于氧化铝基βSiAlON结合刚玉复合材料的,材料的氧化属保护型,氧化后表面组成为莫来石和SiO2。建立了该材料氧化前期、中期、后期的动力学模型,表征了其氧化过程,与试验结果基本相符。     

矾土基β-SiAlON结合刚玉-碳化硅复合材料抗氧化性能的研究

研究了矾土基β-SiAlON(质量分数分别为15%、20%和25%)结合刚玉-碳化硅复合材料在1100～1300℃间的氧化行为。结果表明:复合材料具有较好的抗氧化性能,其氧化属保护型氧化,原因在于氧化后试样的表面存在着非晶质薄层,在非晶质薄层下又有一氧化致密层,阻止、减缓了O2向复合材料内部的进一步扩散;氧化层中的物相主要为β-SiAlON、碳化硅氧化后生成的莫来石和方石英;在氧化后期,复合材料的表观氧化活化能基本随着β-SiAlON含量的增加而增大,β-SiAlON含量为25%的复合材料的表观氧化活化能高达9586kJ.mol-1。     

β-SiAlON及β-SiAlON-SiC复合材料合成的研究

首先对β-SiAlON及其复合材料的合成试验进行了热力学分析,在不同温度、不同z值条件下采用还原氮化法制备了β-SiAlON以及β-SiAlON-SiC复合材料;XRD和SEM分析表明,不管是以Si、Al、Al2O3还是以Si、Al2O3为原料,在氮气气氛下用Si3N4埋粉,在常温常压下都可以合成较纯的βSiAlON。通过改变z值和控制烧结温度等试验发现,当z=0.6、T=1723K时能合成较纯的β-SiAlON,但随着z值的增加,会有少量的O’SiAlON杂质相生成;通过SEM分析表明,在一定温度下,控制适宜的工艺条件,随着z值的增加,β-SiAlON晶粒间开始析出部分晶须,并逐渐转变为明显交织的棒状结构,从而提高材料的断裂韧性。     

微孔富镁尖晶石对低碳MgO-C材料性能的影响

分别以微孔富镁尖晶石(5~3和3~1 mm)和电熔镁砂(5~3和3~1 mm)为粗骨料,以<1 mm的电熔镁砂为细骨料,以镁砂粉(≤0.088 mm)、鳞片石墨粉(≤0.088 mm)、金属铝粉(≤0.074 mm)为细粉,以酚醛树脂为结合剂,制备了w(C)=6%的两种低碳MgO-C材料,经220和1 500℃(埋焦炭)热处理后,测定其显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度、加热永久线变化率、抗热震性和抗渣性。结果表明:1)用微孔富镁尖晶石骨料取代普通低碳MgO-C材料中的部分镁砂骨料后,经220和1 500℃热处理后试样的显气孔率均比普通低碳MgO-C试样的大,体积密度均比普通低碳MgO-C试样的小;220℃固化后试样的强度比普通低碳MgO-C试样的小,但1 500℃热处理后试样的强度比普通低碳MgO-C试样的大;1 500℃热处理后试样的加热永久线变化率比普通低碳MgO-C试样的小。2)使用微孔富镁尖晶石骨料代替电熔镁砂骨料能有效提高低碳MgO-C材料的抗热震性,但对低碳MgO-C材料的抗侵蚀性不利。     

石墨加入量对低碳镁碳砖性能的影响

通过检测含有2%～14%石墨镁碳砖1400℃的高温抗折强度、1500℃的热膨胀系数、1000℃×2 h煅烧后的抗氧化性,比较低碳镁碳砖与传统镁砖的性能差异,研究了石墨加入量对低碳镁碳砖性能的影响。结果表明:在有2%Al存在的情况下,低碳镁碳砖高温抗折强度与石墨加入量无关;石墨加入量为6%时,可保证低碳镁碳砖具有较优良的抗剥落性及抗氧化性。     

硼改性酚醛树脂加入量对铝碳材料性能的影响

为了改善铝碳材料的性能,以质量分数为40%的电熔刚玉(1~0.2 mm)、30%的Al2O3微粉(≤0.01mm)、25%的鳞片石墨(≤0.3 mm)、5%的添加剂(≤0.047 mm)为主原料,外加有机硼改性酚醛树脂粉和普通的酚醛树脂粉作为结合剂制备了铝碳材料。用热重分析法测定了树脂的残碳量,按相关标准测定了铝碳材料的常温抗折强度、高温抗折强度、显气孔率、抗氧化性、抗热震性,研究了硼改性酚醛树脂加入量(质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%)对铝碳材料性能的影响。结果发现:硼改性树脂的残碳量较高;加入硼改性酚醛树脂不利于铝碳材料的强度,但可以提高铝碳材料的抗氧化性和抗热震性。     

加入Si粉对低碳铝镁碳材料性能的影响

以82%(质量分数,下同)的电熔白刚玉(3~0.088mm)、10%的镁铝尖晶石(≤0.088mm)、5%的氧化铝微粉(d50=2.4μm)、3%的电熔镁砂(≤0.088mm)以及占总粉体质量5%的酚醛树脂结合剂为基础配方,分别用2%、4%、6%的Si粉(≤0.088mm)取代等量的白刚玉,分别于1400℃3h和1600℃3h埋炭烧成后制备了不同Si粉含量的低碳铝镁碳材料,对材料的显气孔率、体积密度、强度、抗热震性、抗氧化性及抗渣性进行了检测,并借助XRD、SEM和EDAX研究了材料的物相组成和显微结构。结果表明:随着Si粉加入量的增加,经1400℃3h和1600℃3h埋炭烧成后,材料的体积密度逐渐降低,显气孔率增大,耐压强度明显提高(但Si粉加入量超过4%后材料的耐压强度有所降低),高温抗折强度(1400℃)逐渐提高,抗热震性得到改善,抗氧化性能增强,抗渣性能明显提高。材料性能的这种变化主要同材料中酚醛树脂的残碳与Si粉原位生成β-SiC,以及材料气孔中有Mg-Si-Al-O-N物相生成相关。