耐火材料

马飞祥, 李红霞, 刘国齐, 顾强

2025, (2): 93-98. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.001

开发与稀土夹杂物反应弱的水口耐火材料是解决稀土钢水口堵塞的重要方向,为了研究耐火材料与稀土夹杂物的界面反应,先以粒度均为5~10 μm的La₂O₃、CeO₂、ZrO₂、La₂S₃和Al₂O₃为原料,于1 400 ℃保温2 h高温固相法合成了La₂Ce₂O₇、La₂Zr₂O₇和LaAlO₃粉体,再将La₂Ce₂O₇、La₂Zr₂O₇、Y₂O₃粉体以PVA为结合剂压制成30 mm×7 mm的衬底试样,在其表面分别放置等量的La₂O₃、La₂S₃和LaAlO₃粉末,于1 550 ℃埋碳反应3 h。研究了3种稀土氧化物耐火材料(La₂Ce₂O₇、La₂Zr₂O₇、Y₂O₃)与稀土钢水中主要稀土夹杂物(La₂O₃、La₂S₃、LaAlO₃)的界面反应。结果表明:La₂Ce₂O₇试样的结构稳定性较差,易与La₂S₃反应导致试样裂解;La₂Zr₂O₇试样与La₂O₃和LaAlO₃的反应较弱,但抗La₂S₃侵蚀性较差;Y₂O₃试样与3种稀土夹杂物作用最弱,且结构最稳定,有较大的潜力作为稀土钢专用防堵内衬材料。

IN6203DS镍基高温合金与Y₂O₃陶瓷型壳的界面反应行为研究

董龙沛, 徐辉, 赵云松, 王振梼, 甘有禄, 王恩会, 侯新梅

2025, (2): 99-104. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.002

摘要 ( ) PDF (2869KB)( )

为探究Y₂O₃陶瓷型壳应用于某型燃气轮机IN6203DS定向凝固镍基高温合金(以下简称“IN6203DS合金”)低压工作叶片制备的可行性,采用Y₂O₃粉作为陶瓷型壳的面层材料制备Y₂O₃陶瓷型壳,基于工业级精铸试验研究了IN6203DS合金/Y₂O₃陶瓷型壳界面反应行为,明晰了合金熔体与陶瓷型壳间的相互作用机制。结果表明:IN6203DS合金/Y₂O₃陶瓷型壳界面反应的发生归结为物理渗透和化学反应的协同作用。反应后的IN6203DS合金表面有轻微黏砂,其界面反应层厚度约为4~8 μm,包括外层的型壳混合部分扩散到界面的合金氧化物和内层的富Hf氧化物。反应后的型壳面层有剥落,其界面反应层厚度约10~20 μm。因此,Y₂O₃陶瓷型壳可满足某型燃气轮机IN6203DS合金的研制需求。

膨胀石墨/碳纳米管复合增强铝碳耐火材料性能研究

郭宇琦, 廖宁, 李亚伟, 王庆虎, 朱天彬

2025, (2): 105-110. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.003

摘要 ( ) PDF (3304KB)( )

为充分发挥低维纳(微)米材料的协同强韧化作用,以板状刚玉、活性氧化铝微粉、单质硅、纳米炭黑为原料,以热固性酚醛树脂为结合剂,分别引入膨胀石墨(EG)、预合成碳纳米管改性的膨胀石墨(EG-CNTs)以及表面负载含镍催化剂的膨胀石墨(EG-Ni),经混料、成型、固化后,再经800、1 000、1 200和1 400 ℃保温3 h热处理,制备了低碳铝碳耐火材料。研究了膨胀石墨种类(EG、EG-CNTs、EG-Ni)对铝碳耐火材料结构演变及性能的影响。结果表明:1)引入EG-CNTs、EG-Ni的试样的常温抗折强度比引入EG的试样的提高很多,因为EG-CNTs、EG-Ni均能促进试样中SiC晶须的形成,从而起到了很好的增强作用。2)引入EG-Ni的试样的抗热震性最好,因为EG-Ni可以原位生成碳纳米管,伴随有碳纳米管/SiC晶须的原位协同增韧的作用,可以显著提高材料的抗热震性。

La₂O₃对MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料力学性能及抗渣侵蚀性的影响

韦锦涛, 罗益欣, 杨博林, 刘正龙, 邓骆鹏余超, 邓承继, 王周福, 丁军

2025, (2): 111-117. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.004

摘要 ( ) PDF (2821KB)( )

为解决天然Mg₂SiO₄中杂质生成的低熔点相导致MgO-Mg₂SiO₄质材料抗渣性下降的问题,以La₂O₃为添加剂,Mg₂SiO₄与电熔镁砂为主要原料制备MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料,研究了La₂O₃添加量(质量分数分别为0、1%、2%、3%)对MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料物相组成、显微结构、力学性能以及抗渣(NaF与Na₂SO₄)侵蚀性能的影响,并结合热力学计算揭示了侵蚀过程中材料物相变化规律。结果表明:在MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料中添加适量La₂O₃可以促进材料烧结,提升材料的致密度。当La₂O₃的添加量达到2%(w)时,试样的显气孔率最低,耐压强度最高,材料的抗NaF与Na₂SO₄侵蚀性能也得到了显著改善。

应力缓释相对低碳尖晶石-碳耐火材料性能的影响

李欣哲, 刘国齐, 李红霞, 顾强, 陈永强, 郭海荣

2025, (2): 118-122. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.005

摘要 ( ) PDF (1723KB)( )

为了提高低碳尖晶石-碳耐火材料的抗热震性,以镁铝尖晶石和石墨为主要原料,引入环保沥青Carbores P(CP)、三聚磷酸钠和硼玻璃粉作为添加剂,在900 ℃埋碳气氛下保温3 h制备低碳尖晶石-碳材料。研究添加剂种类对材料性能的影响。结果表明:1)引入添加剂对试样的显气孔率以及体积密度影响较小。2)相比于三聚磷酸钠,添加CP和硼玻璃粉能够显著提高试样常温抗折强度;而添加CP能够较大提高试样的高温抗折强度。3)添加三聚磷酸钠能显著降低试样的热膨胀系数,并且能够有效改善试样的抗热震性。4)添加三聚磷酸钠能够制备出强度高、抗热震性好的低碳尖晶石-碳耐火材料。

基于硅铁系尾渣的红外辐射涂料及其涂层性能研究

周涛, 付绿平, 杨爽, 陈定, 张美杰, 黄奥, 顾华志

2025, (2): 123-127. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.006

摘要 ( ) PDF (1987KB)( )

为提高红外辐射性能,降低生产成本,以硅铁系尾渣为原料,制备了2种红外辐射涂料,并通过喷涂法喷涂至硅砖表面,经1 300 ℃保温2 h,制备了高温红外辐射涂层。研究了流变助剂的种类(乙基纤维素、丙烯酸树脂)、固相质量分数(40%、50%、60%、70%)对涂料流变性能的影响,并测试了涂层的物相组成与红外辐射性能。结果表明:1)低剪切速率下(≤0.1 s^-1),丙烯酸树脂流变助剂制备的涂料黏度随固相质量分数增加急剧增大,且随剪切速率增加急剧减小,表现出典型的剪切变稀特性,固相质量分数为50%时,线性黏弹区较宽,储能模量高于损耗模量,涂料具有较好的结构稳定性。2)高剪切速率下(≥100 s^-1),乙基纤维素流变助剂制备的涂料黏度随固相质量分数增加显著增大,且高于丙烯酸树脂体系涂料的。3)丙烯酸树脂体系涂层红外发射率更高,近红外、中红外平均发射率分别为0.89和0.9。且在红外波段(1~8 μm)下,平均发射率高达0.94,在工业窑炉上表现出良好的应用前景。

Al₂O₃外加量对Al₂O₃-SiO₂-ZnO-B₂O₃-Na₂O微晶玻璃涂层的影响

丛鹤地, 孙小飞, 马昭蕊

2025, (2): 128-132. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.007

摘要 ( ) PDF (1803KB)( )

为满足某些特殊高压大型装备的使用需求,改善轻质耐火材料抗裂性能差,易吸湿的缺点,以SiO₂、ZnO、Al₂O₃、B₂O₃和四硼酸钠为原料,制备了低温烧成的轻质耐火材料表面涂层用Al₂O₃-SiO₂-ZnO-B₂O₃-Na₂O(ASZBN)微晶玻璃,结合FactSage 8.2热力学计算软件,探讨Al₂O₃外加量(外加质量分数分别为0、4%、8%和12%)对微晶玻璃涂层的TG-DSC、显微结构、弹性模量等的影响。结果表明:随着Al₂O₃外加量的增加,ASZBN玻璃体系的玻璃化转变温度降低,730 ℃进行热处理后玻璃表面裂纹数量先增加后减少,ASZBN微晶玻璃的弹性模量先降低后增加。低于700 ℃时,ASZBN微晶玻璃体系的黏度较高。但高于700 ℃后,黏度随着温度升高而骤降,并随Al₂O₃外加量的增加而增大。当Al₂O₃外加量为12%(w)时,730 ℃进行热处理后,玻璃涂层表面平整且裂纹不明显,弹性模量也较高。

Fe₂O₃-SiO₂复合气凝胶材料的制备及耐温性能

侯建业, 张忠伦, 付晓晴, 王明铭, 刘振森

2025, (2): 133-137. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.008

摘要 ( ) PDF (2678KB)( )

为了提高SiO₂气凝胶在高温下的隔热性能,以溶胶-凝胶两步法制备SiO₂前驱体溶液,将遮光剂Fe₂O₃粉末添加到SiO₂前驱体溶液中,结合二氧化碳超临界干燥技术,制备出Fe₂O₃-SiO₂复合气凝胶,探究Fe₂O₃遮光剂的添加(Fe₂O₃外加质量分数分别为0、0.2%、0.5%、1.0%和3.0%)对气凝胶的影响。结果表明:1)Fe₂O₃添加到气凝胶中,不会影响气凝胶的形貌;Fe₂O₃的添加抑制了材料因高温造成的质量损失,提高了复合材料在高温下的稳定性。2)温度低于800 ℃时,Fe₂O₃外加量为0.5%(w)的试样,其热导率最低,隔热性能最好;而在800~1 000 ℃温度下,Fe₂O₃外加量为1%(w)的试样,其热导率最低,仍保持较好的纳米多孔结构。3)通过控制Fe₂O₃外加量,可以得到适用于不同温度段的复合气凝胶。

新型Y₂O₃-SiO₂增强ZrO₂复合气凝胶的制备及性能研究

李占峰, 隋学叶, 唐文哲, 刘瑞祥, 王蒙蒙

2025, (2): 138-143. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.009

摘要 ( ) PDF (1950KB)( )

ZrO₂在高温下的相变会引发ZrO₂气凝胶的结构坍塌,为了提高ZrO₂气凝胶的高温稳定性,以低成本、无毒的巯基琥珀酸为凝胶促进剂,八水氧氯化锆、六水硝酸钇、正硅酸乙酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了Y₂O₃-SiO₂增强ZrO₂复合气凝胶,并加入莫来石纤维,制备了莫来石纤维复合Y₂O₃-SiO₂增强ZrO₂材料,研究了Y₂O₃和ZrO₂的物质的量比(分别为1∶40、1∶20、1∶10和1∶5)、SiO₂和ZrO₂的物质的量比(分别为1∶10、1∶5、3∶10 和2∶5)对ZrO₂气凝胶的凝胶时间、孔结构以及高温性能的影响。结果表明:Y₂O₃和SiO₂可有效缩短凝胶时间;掺入SiO₂后,气凝胶的纳米孔结构更加均匀,但是掺入Y₂O₃后,气凝胶的骨架变粗,表现出杂乱的纳米孔结构;Y₂O₃和SiO₂有效地阻碍了ZrO₂的高温相变,降低了ZrO₂的高温收缩率;制备Y₂O₃-SiO₂增强ZrO₂复合气凝胶的最佳配比为:n(Y₂O₃)∶n(SiO₂)∶n(ZrO₂)=1∶3∶10。

SiC气凝胶材料表面ZrB₂陶瓷涂层的制备及抗氧化性能研究

马昭蕊, 孙小飞, 刘广华, 赵世贤, 丛鹤地, 王刚

2025, (2): 144-148. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.010

摘要 ( ) PDF (2674KB)( )

为提高SiC气凝胶材料的高温抗氧化性能,将ZrB₂粉末与硅溶胶以7∶3的质量比配制陶瓷浆料,采用浸蘸法涂覆在SiC气凝胶表面,400 ℃保温2 h得到了ZrB₂抗氧化陶瓷涂层,对制备得到的涂层材料分别在600、800、1 000和1 200 ℃保温2 h热处理,研究了试样的耐压强度和抗氧化性能。结果表明:ZrB₂涂层可为SiC气凝胶提供有效的抗氧化防护。氧化初期形成连续致密的B₂O₃玻璃液相层;随热处理温度升高,两种氧化产物SiO₂与ZrO₂反应生成的ZrSiO₄可封填涂层中B₂O₃挥发产生的孔洞,有效提高材料抗氧化性能。含ZrB₂涂层的SiC气凝胶材料的耐压强度随热处理温度升高而增大,在1 200 ℃时最大,为0.82 MPa,此时的抗氧化性最好。

溶胶-凝胶法制备Al₂O₃-SiO₂气凝胶及其复合材料的研究进展

张皇帅, 朱震庭, 杨子豪, 陈哲, 马毓, 张航

2025, (2): 149-154. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.011

摘要 ( ) PDF (927KB)( )

综述了近年来采用溶胶-凝胶法制备Al₂O₃-SiO₂气凝胶的多种工艺研究进展,深入分析气凝胶的干燥方法和Al、Si物质的量比对气凝胶在极端高温下热稳定性的影响,以及复合材料中增强相的掺杂策略,并对未来发展方向进行展望。

尖晶石加入量对刚玉-尖晶石浇注料显微结构和性能的影响

薛军柱, 刘光平, 陈俊峰, 魏国平, 程亚苹, 鄢文, 李楠

2025, (2): 155-161. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.012

摘要 ( ) PDF (2266KB)( )

以复相烧结氧化铝骨料、刚玉细粉、活性氧化铝微粉、90#富铝尖晶石微粉、70#尖晶石微粉、铝酸钙水泥为原料,制备了刚玉-尖晶石浇注料。系统研究了尖晶石微粉加入量(加入质量分数分别为0、5%、10%、16%)对浇注料的显微结构、力学性能和抗侵蚀性的影响。结果表明:随着尖晶石微粉加入量的增加,1 600 ℃热处理后试样的线收缩率、弹性模量、常温抗折强度以及110 ℃干燥后试样的高温抗折强度(1 400 ℃)均保持上升趋势,说明尖晶石的加入促进了烧结;添加尖晶石微粉的试样的抗热震性比未添加的好;尖晶石微粉加入量由5%(w)增加到16%(w)之后,尖晶石对渣中MnO和FeO的固溶作用占主导,试样的抗侵蚀性逐渐改善。

利用盐湖老卤制备高性能烧结镁砂的研究

周玉军, 唐大才, 温天朋, 于景坤

2025, (2): 162-166. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.013

摘要 ( ) PDF (2823KB)( )

为实现青海盐湖镁资源的高效高值化综合利用,利用溶解-析出法从青海盐湖老卤中获得高纯度的水氯镁石(MgCl₂·6H₂O),并通过直接分解法制备高活性的轻烧氧化镁,经球磨、干燥和成型,于1 600 ℃分别保温1、2和3 h制备烧结镁砂。研究了轻烧氧化镁粉体粒径、保温时间对烧结镁砂体积密度和显微结构的影响。结果表明:将获得的轻烧氧化镁粉体颗粒磨细至1.303 μm,经1 600 ℃保温2 h后,制备的烧结镁砂的体积密度为3.43 g·cm^-3,显气孔率为3.3%,可用于钢铁、有色冶金等高温行业。

RH炉浸渍管与环流管典型问题分析与改进

温维新, 刘建伟, 吴计雨, 季伟烨, 李世良

2025, (2): 167-169. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.014

摘要 ( ) PDF (1435KB)( )

为有效提升真空槽在线使用寿命,对山东钢铁集团日照有限公司RH炉浸渍管与环流管使用过程中的典型问题进行分析,针对浸渍管下部的异常侵蚀、浸渍管与环流管之间的深环沟、环流管与下部槽之间的断砖等问题制定相应改进措施,减少了真空槽异常下线情况,使得真空槽平均寿命由115.6炉提高到133.7炉。

硼热/碳热还原法制备过渡金属二硼化物研究进展

彭杰, 刘江昊, 张海军

2025, (2): 170-176. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.015

摘要 ( ) PDF (993KB)( )

硼热/碳热还原法制备过渡金属二硼化物具有成本低、效率高且可以合成高纯度目标产物的优势。从硼热/碳热还原法的原理出发,综述了近年来硼热/碳热还原法制备ZrB₂、HfB₂、WB₂和高熵二硼化物粉体的研究现状,总结了过渡金属二硼化物结构陶瓷的研究进展及存在的问题,并对硼热/碳热还原法制备过渡金属二硼化物粉体及二硼化物结构陶瓷未来的发展进行展望。

流延成型技术制备片状氮化硅陶瓷研究进展

赵辰啸, 李世鹏, 王刚, 周玉栋, 袁波

2025, (2): 177-184. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.02.016

摘要 ( ) PDF (986KB)( )

综述了国内外关于流延成型技术制备氮化硅陶瓷的原理和流程,阐述了有机和水基流延浆料体系中各种添加剂的特点和工艺流程参数对流延效果的影响,总结了流延成型技术制备片状氮化硅陶瓷的研究进展及仍存在的问题,同时探讨该技术未来的发展方向。