Al2O3-Al-C材料加热过程的变化

按w(板状刚玉)=84%,w(铝粉)=8%,w(α-Al2O3微粉)=6%,w(鳞片石墨)=2%的配比配料,外加3%热固性酚醛树脂作结合剂,成型后于200℃烘烤24h。在埋炭条件下于600～1400℃保温3h加热处理,冷却后测量试样的线变化率、显气孔率和常温耐压强度,并分析部分试样的孔径分布、相组成和显微结构,同时测定烘烤后试样在600℃、800℃、1000℃、1200℃和1400℃下的热态抗折强度,以分析该材料在加热过程的变化。结果表明,试样在600～1400℃埋炭加热过程中的变化可大致分为3个阶段:1)600～800℃,金属Al于660℃熔化,促进试样致密化,在800℃时已有少量Al4C3和AlN生成,使加热后试样的致密度和强度增大;2)800～1200℃,大量生成Al4C3和AlN,Al4C3和AlN填充在刚玉骨架结构中,试样的显气孔率进一步减小,常温耐压强度和热态抗折强度进一步增大;3)1200～1400℃,金属Al消失,Al4C3含量减少,部分与N2反应转化为AlN,试样的显气孔率略有降低,常温耐压强度和热态抗折强度略有增大。由此可见,随着加热温度的提高,材料的结合方式从碳结合转变为碳和金属铝复合结合,最后逐渐转变为碳和非氧化物复合结合。     

结合剂对Al2O3-MgAl2O4-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

以电熔镁铝尖晶石(粒度为5～3mm、3～1mm)和电熔白刚玉颗粒(粒度<1mm)以及白刚玉细粉、碳化硅细粉、活性αAl2O3微粉、Si粉和球状沥青等为主要原料,在保持基料的配比不变的条件下分别采用铝酸钙水泥(w,3%) SiO2微粉(w,2%)及ρAl2O3(w,4%)为结合剂,振动成型为Al2O3-MgAl2O4-SiC-C试样,室温养护24h后脱模,分别于110℃24h、1100℃3h和1500℃3h(埋炭)条件下热处理,然后测定试样的体积密度、显气孔率、线变化率、抗折强度、耐压强度和抗渣性。试验结果表明:铝酸钙水泥 SiO2微粉结合的浇注料流动性较好,经110℃24h、1100℃3h和1500℃3h(埋炭)热处理后,试样的显气孔率较小,体积密度较大,常温耐压强度和常温抗折强度优于以ρAl2O3为结合剂的;但是,采用铝酸钙水泥 SiO2微粉作结合剂的试样经1500℃埋炭3h处理后的线变化率较大,试样的高温抗折强度和抗侵蚀性能也明显低于ρAl2O3结合试样的。     

热处理制度对滑板用铝碳材料性能和结构的影响

按板状刚玉(2.361～0.043mm)91.5%,Al粉(<0.044mm)5%,B4C和炭黑(<0.044mm)3.5%,外加4.5%的热塑性酚醛树脂作为结合剂,制成铝碳材料,分别在氮气气氛和埋炭气氛中经800℃、1000℃、1200℃、1450℃保温5h热处理后,测定试样的常温性能、高温抗折强度(1400℃)和抗水化性能,并用XRD和SEM分析试样的物相组成和显微结构。试验结果表明:随热处理温度的升高,铝碳材料的高温抗折强度逐渐下降;在相同温度条件下,这两种保护气氛处理后试样的高温抗折强度水平相当;在800～1000℃的温度段处理时,埋炭保护处理材料的水化程度大,损伤材料结构,明显降低材料的强度。在相同温度条件下,氮气保护处理试样的抗水化性能优于埋炭保护处理试样。     

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。     

Carbores P加入量对镁碳砖性能的影响

为了进一步提高镁碳砖的使用性能,在镁碳砖配料中添加质量分数分别为0、0. 5%、1%、1. 5%、2%和2. 5%的Carbores P,经配料、混练、困料后,用630 t电动螺旋压力机压制成200 mm×150 mm×100 mm的样块,于220℃保温16 h固化后,切割成40 mm×40 mm×160 mm和50 mm×50 mm×50 mm试样,分别在1 000和1 500℃埋焦炭热处理3 h,然后检测固化及埋炭热处理后试样的显气孔率和常温耐压强度,以及固化后试样的高温抗折强度和抗氧化性,并由此优选出最佳Carbores P添加量的镁碳砖在某钢厂100 t钢包渣线部位进行了现场使用试验。结果表明:Carbores P加入量对固化试样的显气孔率和常温耐压强度影响不大,高温抗折强度随Carbores P加入量的增加而增大;对埋炭处理试样,添加0. 5%(w) Carbores P的试样显气孔率最低,常温耐压强度最大,抗氧化性最好。添加0. 5%(w) Carbores P的镁碳砖应用在某钢厂100 t钢包渣线部位,侵蚀速率为每炉2. 11 mm,与未添加Carbores P的镁碳砖相比,抗侵蚀性提高了10%。     

钛酸铝热分解的结晶形貌

以化学纯Al(OH)_3和试剂级TiO_2为原料,按Al_2TiO_5的化学计量组成将混合好的粉料在钢模中压制成10 mm×15 mm的试样,于大气条件下以1 600℃保温3 h烧结合成钛酸铝(AT);然后将烧结试样于大气条件下分别进行1 300℃保温3 h和1 000℃保温100 h的热处理,并利用XRD和FESEM-EDS鉴定AT热处理前后的显微结构。结果表明:1 600℃保温3 h合成的钛酸铝晶体形貌呈不规则粒状,尺寸约20μm,其晶间和晶内形成5～10μm气孔。烧结合成钛酸铝经1 300℃保温3 h热处理后,钛酸铝的晶体形貌不变,只是晶间微裂纹稍许扩展,而宏观结构几乎未变;经1 000℃保温100 h热处理时,钛酸铝分解成晶粒尺寸小于5μm的刚玉和小于10μm的金红石。EDS分析表明,刚玉可固溶3. 9%(w)的TiO_2,而金红石只固溶0. 3%(w)的Al_2O_3。     

添加Fe2O3、Al2O3和SiO2纳米粉对MgO烧结性能的影响

以烧结镁砂为主原料,分别以粒度20～60 nm的SiO2纳米粉、粒度20～40 nm的Fe2O3纳米粉和粒度50 nm的Al2O3纳米粉(纯度(w)均为99.9%)为添加剂,设计了添加剂加入量(w)分别为1%、3%、5%(其余为烧结镁砂)的9种试样。配料后,外加10%(w)的分散剂和5%(w)的丙酮,研磨10min后,以100 MPa压力制成2.54 mm×2.54 mm的试样,在电炉中以5℃.min-1的升温速度分别升温至1 300、1 500和1 620℃保温4 h,冷却后分析试样的体积密度、显气孔率、相     

TiO_2对C-Al体系物相和显微结构的影响

为了研究TiO2对含Al的Al2O3-C材料的物相和显微结构的影响,按石墨、铝粉、二氧化钛粉的质量分数分别为20%、40%、40%配料,以酚醛树脂为结合剂,制成C-Al-TiO2试样,分别在800、1 000、1 200、1 400和1 600℃保温3 h埋炭热处理后,进行XRD和SEM分析。结果表明:800℃埋炭热处理后试样中有少量Al4C3和AlN生成,TiO2未参与反应;1 000℃热处理后,试样中纤维状的Al4C3和AlN生成量增加,同时生成粒状的Al2O3、Al4O4C、Al2OC和TiC;1 200℃热处理后,Al2O3和TiC增加,Al4C3和AlN纤维发育粗化;1 400℃热处理后,纤维状的Al4C3和AlN减少,生成的Al2O3和TiC增多;1 600℃热处理后,试样中Al4C3大量减少,AlN基本消失,颗粒状的Al2O3和TiC则增多,由Al4C3或AlN氧化生成的部分Al2O3呈无定形态。     

Al+Mg-Al、Al+Si复合添加剂对低碳镁碳砖抗氧化性的影响

以电熔镁砂、天然鳞片石墨、炭黑和沥青为主要原料,分别以总质量分数为4%的金属Al和Mg-Al合金、金属Al和Si为抗氧化剂,以酚醛树脂为结合剂,制备了两组w(C)≈6%的镁碳砖试样,并研究了试样在氧化气氛下分别经600、1000和1400℃保温2h后的抗氧化性。结果表明:只添加金属Al粉时,试样在1400℃下有较好的抗氧化性能;只添加Mg-Al合金时,试样在600℃下具有较好的抗氧化性能;金属Al粉与Mg-Al合金按2:2质量比添加或金属Al粉与Si粉按3:1质量比复合添加时,试样在600～1400℃范围内的抗氧化效果均较好。     

铝粉加入量对刚玉基复合材料性能的影响

以电熔白刚玉砂为骨料(质量分数为60%,其中3～1mm的占45%,≤1mm的占15%),以电熔白刚玉粉(≤0.074mm和≤0.044mm)、Al2O3微粉及金属铝粉(≤0.088mm)为基质料(总质量分数为40%),改变基质料中金属铝粉的加入量(分别为0、2.5%、5%、7.5%和10%),外加3%的热固性酚醛树脂,混练均匀后,机压成标型砖,经(180±5)℃24h干燥后,于1500℃3h埋炭烧成,研究了金属铝粉加入量对烧后试样显气孔率、体积密度、烧后线变化率和常温耐压强度的影响。结果表明:加入适量金属铝粉能促进材料的烧结,加入5%的铝粉时,材料的体积密度较大,常温耐压强度最高,显气孔率最低;但加入量超过5%以后,又会影响材料的性能,因此适宜的铝粉加入量确定为5%。显微结构分析表明,加入的铝粉在高温埋炭条件下原位生成了Al(O,N,C)纤维增强相,使试样的强度提高,其高温抗折强度(1400℃)达到了58MPa。     

刚玉-氮化硅-碳化硅复合材料的性能研究

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在氧化气氛下制成试样.将试样分别在1500 ℃、1550 ℃和1600 ℃保温5 h进行埋炭处理.利用XRD、SEM和EDS等检测方法,结合热力学分析,研究了氧化气氛烧成后试样的物相变化以及高温埋炭条件下Si_3N_4的稳定性.结果表明:氧化气氛烧成后生成一种莫来石固溶体Si_6Al_(10)O_(21)N_4;高温埋炭处理后Si_3N_4和Si_6Al_(10)O_(21)N_4会部分转化为SiC,Si_3N_4向SiC明显转化的温度大于1500 ℃,Si_6Al_(10)O_(21)N_4向SiC明显转化的温度大于1550 ℃.     

埋炭烧成MgO-Al复合材料中MgAlON的形成

为了研究MgO-Al复合材料中MgAlON相的形成机制,以质量分数分别为70%的镁砂细粉和30%的金属Al粉为原料,在埋炭条件下分别于1150、1350和1550℃保温2h烧成,然后利用XRD和场发射扫描电镜对不同温度烧后试样进行分析和观察。结果表明:(1)在埋炭条件下烧成时,烧成初期金属Al先发生氧化反应;当气相中的氧分压低至一定程度时,金属Al的氮化反应开始进行;AlN生成后,在镁砂颗粒表面与Al_2O_3、MgO和镁铝尖晶石固溶形成MgAlON相。(2)1150℃烧后试样中,在镁砂颗粒表面生成的MgAlON粒径100nm;随着烧成温度升高,晶粒逐渐长大;1550℃烧后试样中MgAlON的粒径达到1μm左右。     

添加TiO_2对铁铝尖晶石合成和烧结的影响

以氧化铁粉、α-Al2O3粉、石墨为主要原料,分别外加质量分数为0、2%、5%和8%的钛白粉,以亚硫酸纸浆废液为结合剂混练均匀后,压制成型为50 mm×50 mm的试样,于100℃干燥24 h,在氮气气氛中分别于1400、1450、1500和1550℃保温4 h煅烧,然后检测烧后试样的体积密度,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:在氮气气氛下,TiO2的引入能降低铁铝尖晶石的合成温度,1450℃煅烧后铁源几乎完全转化为铁铝尖晶石;TiO2的引入能明显促进铁铝尖晶石的烧结,引入2%质量分数的钛白粉的试样体积密度最高,物相组成最好;引入多于2%质量分数的钛白粉的试样中有一定量的Fe2TiO5-Al2TiO5固溶相生成,试样体积密度下降,而且随着温度升高,Ti4+更容易被还原而抑制Fe3+还原,从而阻碍铁铝尖晶石的合成。     

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.     

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。     

电站锅炉用SiC质耐火材料抗渣性的研究

以SiC粉和Al2O3粉为主要原料,分别添加5%(质量分数,下同)的ZrO2粉或锆英石粉和5%、10%的Cr2O3粉以及4%的羧甲基纤维素(CMC),按照配料组成配料后,以成型压力为20 MPa制成40 mm×40 mm×30 mm的试样.试样经120℃干燥8 h后,置于硅钼棒炉中.于1 420 ℃保温5 h烧成后,分别采用经900℃保温2 h处理后的粉煤灰在1 400和1 450 ℃下进行抗侵蚀试验.结果表明:SiC质材料随着温度的升高,抵抗灰渣侵蚀能力不断下降,在1 400 ℃时的抗渣性明显优于1 450 ℃时的;在SiC质材料中分别加入5%的ZrO2或锆英石,前者的抗渣性能强于后者;含Cr2O3为10%的SiC质材料比含5%Cr2O3的具有更好的抗渣性.     

Al-Si复合Al_2O_3-β-SiAlON-C材料加热过程中性能、相组成和显微结构的变化

以电熔白刚玉(≤0.5、≤0.088和≤0.045 mm)、熔融石英(≤0.5 mm)、鳞片石墨(≤0.15 mm)、矾土基β-SiAlON(≤0.088 mm)、Al粉(≤0.074 mm)和Si粉(≤0.074 mm)为主要原料,以热固性酚醛树脂为结合剂,制成25 mm×25 mm×125 mm的Al-Si复合Al2O3-β-SiAlON-C试样,经200℃固化24 h后,分别在800、1 000、1 200、1 400和1 600℃下埋炭(石墨)保温3 h,冷却后测定其体积密度、显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度、高温抗折强度和抗热震性,并进行XRD和SEM分析.结果表明:1)随着热处理温度的升高,Al-Si复合Al2O3-β-siAlON-C试样的显气孔率均下降,体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度、高温抗折强度、热震后残余抗折强度均逐渐提高,但其抗折强度保持率在经1 000℃热处理后最高,随后逐渐降低;2)在高温还原气氛的热处理过程中,试样中的Al、Si与C(CO)或N2反应,原位生成了AlN、β-SiC、Al4C3和β-SiAlON等非氧化物,对试样具有填充气孔及增强增韧的作用.     

埋炭气氛下热处理C-Al体系物相和显微结构的演变

为了研究含铝粉的碳复合耐火材料物相和显微结构的变化过程,以-195鳞片石墨和w(Al)=99%的铝粉(≤0.074 mm)为主要原料,按1:1的质量比配料后,加入约占粉料总质量15%的酚醛树脂混合均匀,在液压机上成型。试样经250℃烘干12 h后,分别经800、1 000、1 200、1 400、1 600℃保温3 h埋石墨热处理,用XRD测定烧后试样的物相,并用SEM观察其断口形貌。研究表明:800℃时,铝粉熔融,并和树脂碳在石墨边缘形成粒状Al4C3;1 000℃时,Al4C3增多并发育长大,同时开始出现AlN;1 200℃时,Al4C3发育,呈板状,同时部分氮化成纤维状的AlN;1400℃时,Al4C3生成量减少,氮化或氧化成纤维状的AlN或Al2O3;1 600℃时,Al4C3消失,Al2O3或AlN长大、粗化。     

添加MgO对铁铝尖晶石合成和烧结的影响

以氧化铁粉、α-Al2O3粉、石墨粉为主要原料,分别外加质量分数为0、2%、5%和8%的氧化镁粉,以亚硫酸纸浆废液为结合剂混练均匀后,压制成型为50 mm×50 mm的试样,于100℃干燥24 h,在氮气气氛中分别于1 400、1 450、1 500和1 550℃保温4 h煅烧,然后检测烧后试样的体积密度,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:在氮气气氛下,添加氧化镁粉可明显降低铁铝尖晶石的合成温度,并促进铁铝尖晶石的烧结;在1 450℃,Fe2O3与α-Al2O3可完全反应生成铁铝尖晶石;氧化镁粉的适宜外加量(质量分数)为5%,过多会生成难被还原的MgFe2O4尖晶石相。     

不同烧结气氛下SiAlON结合刚玉材料的烧结行为和显微结构

以α-Al_2O_3微粉和Si_3N_4粉为主要原料,分别以Al粉、AlN粉、SiO_2微粉、Al粉 Ce_2O_3粉、Al粉 Si粉 Ce_2O_3粉作添加剂,在空气中裸烧(氧化气氛)和空气中埋炭(还原气氛)的条件下,分别进行1350℃、1450℃、1550℃、1600℃保温6h的热处理后,制备了SiAlON结合刚玉复相材料,并研究了烧结气氛、烧结温度和添加剂种类对试样烧结行为和显微结构的影响。结果表明添加稀土氧化物Ce_2O_3或少量SiO_2微粉能促进材料的烧结;在氧化气氛下,以SiO_2微粉为添加剂的试样的致密化程度随处理温度的升高而降低,而在埋炭还原气氛下,其致密化程度随温度的升高而提高;SEM观察还表明,含不同添加剂的试样在不同气氛中处理后的显微结构也不同。