耐火材料

郭会师, 高朝阳, 李文凤, 杨佳麟, 周超杰, 秦笑梅, 秦肖雲, 侯佩, 陈凤华, 桂阳海, 刘应凡

2025, (6): 461-465. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.001

为资源化利用固体废弃物煤矸石,以质量比为6∶3∶1的d₅₀=75 μm的煤矸石粉、d₅₀=75 μm的CaCO₃粉和d₅₀=5 μm的α-Al₂O₃粉,加35%(w)的蒸馏水制成料浆,再加入2%(w)的NS-Ⅲ型复合发泡剂制成泡沫料浆,将其注入100 mm×100 mm×50 mm的模具中,坯体脱模后经100 ℃干燥24 h再热处理,制备了钙长石隔热耐火材料。系统研究了热处理温度(1 200、1 250、1 300、1 350 ℃保温3 h)对试样物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:1)随热处理温度的升高,试样中钙长石和莫来石衍射峰的强度逐渐增强,钙长石晶体的形貌逐渐由短柱状发育成为板片状,且数量增多、各晶体间结合逐渐致密化,试样的体积密度、线收缩率和热导率均呈先降低后升高趋势,显气孔率的变化趋势则与之相反,常温耐压强度逐渐增强。2)当热处理温度为1 300 ℃时,试样综合性能最佳,其体积密度、显气孔率、常温耐压强度和1 000 ℃时的热导率分别为0.48 g·cm^-3、84.3%、1.80 MPa、0.139 W·m^-1·K^-1,试样中钙长石晶体为板片状,且各晶粒间结合致密,适于在高温下长期作为隔热耐火材料使用。

煤气化炉渣碳热还原氮化合成SiAlON复合粉体的研究

郭世萌, 尹洪峰, 贾换, 辛亚楼, 汤云, 袁蝴蝶, 任小虎

2025, (6): 466-470. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.002

摘要 ( ) PDF (2814KB)( )

煤气化炉渣与铁尾矿中均含有未完全反应的残碳以及丰富的硅、铝、铁、钙氧化物组分,可作为二次资源制备SiAlON陶瓷,实现煤气化炉渣的高附加值利用。采用碳热还原氮化技术,以煤气化炉渣为原料,以铁尾矿为催化剂,炭黑为还原剂,合成SiAlON复合粉体。研究了氮化温度(1 425、1 450和1 475 ℃)、保温时间(3、6、9 h)及铁尾矿加入量(加入质量分数分别为10%、20%、30%、40%、50%和60%)对氮化产物物相组成及显微结构的影响。结果表明:提高氮化温度或延长保温时间均有助于O′-SiAlON向β-SiAlON的转化;当氮化温度为1 450 ℃保温6 h时,随着铁尾矿加入量的增加,β-SiAlON 由短棒状逐渐发育成完整长柱状;当铁尾矿加入量超过50%(w)时,得到片状的O′-SiAlON相;铁组分在高温形成大量液相,在碳热还原氮化中具有一定的催化作用,影响了SiAlON相组成及显微结构。

铝碳复合滑板再生料加入量对Al₂O₃-SiC-C浇注料性能的影响

陈聪, 韩兵强, 魏佳炜, 钟虎堂, 赵浩浩, 段俊龙

2025, (6): 471-476. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.003

摘要 ( ) PDF (2466KB)( )

现有滑板服役周期短,导致了高质量原材料的大量浪费,将用后滑板回收到合适的耐火材料中可以降低成本并获得相近的性能。以高铝矾土、铝碳复合滑板再生料(简称“再生料”)、SiC为骨料,以白刚玉粉、SiO₂微粉、Si粉、α-Al₂O₃微粉、Secar 71水泥、球状沥青为细粉,制备了Al₂O₃-SiC-C(ASC)浇注料。研究了再生料的性能特点,以及再生料等量代替高铝矾土的替代量(替代质量分数分别为0、6%、12%、18%、24%)对ASC浇注料性能的影响。结果表明:1)再生料的Al₂O₃含量与矾土的接近,并同时含有石墨、Al、Si,再生料的体积密度低于高铝矾土的;2)再生料的引入促进了ASC浇注料中SiC晶须的生成,提高了ASC浇注料的常温强度和抗热震性能;3)再生料具有更高的反应活性,能够通过反应烧结增强与基质间的结合,阻碍熔渣进一步渗透,提高ASC浇注料的抗渣侵蚀性能,添加24%(w)再生料的ASC浇注料可以满足出铁沟的性能要求。

钾长石添加量对陶粒支撑剂性能的影响

王晨喆, 靳恩东, 丁冬海, 肖国庆, 朱现峰, 贾旭辉

2025, (6): 477-481. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.004

摘要 ( ) PDF (1944KB)( )

为降低陶粒支撑剂工艺成本和密度,以低品位铝矾土和煤矸石为原料,钾长石为烧结助剂,通过造粒,筛分得到0.425~0.212 mm生坯球体,经110 ℃干燥12 h,再于1 220 ℃保温2 h固相烧结制备了陶粒支撑剂。研究钾长石添加量(质量分数分别为0、5%、10%、15%)对陶粒支撑剂的密度、破碎率、物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)随着钾长石添加量的增加,莫来石和刚玉晶体逐渐长大,并互相交错形成网状结构,液相均匀分散并包裹于晶粒外,使试样致密化程度提高。2)在煅烧过程中,钾长石中的K₂O与SiO₂和Al₂O₃形成液相,填充了支撑剂的孔隙,并促进了刚玉和莫来石晶体的生长,从而降低破碎率,提高力学强度。3)当钾长石添加量为10%(w)时,陶粒支撑剂的性能达到最佳,其体积密度为1.41 g·cm^-3,35 MPa闭合压力下破碎率为10.7%,52 MPa闭合压力下破碎率为17.5%。

利用中烧镁砂制备MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料及抗热震性能研究

王采燃, 侯庆冬, 于佳瑶, 高慧楠, 边作民, 罗旭东, 何鑫叶, 李一涵

2025, (6): 482-487. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.005

摘要 ( ) PDF (1774KB)( )

为了解决菱镁矿尾矿资源浪费及环境污染问题,选用菱镁矿尾矿制备的中烧镁砂为原料,以SiO₂和Ca(OH)₂为添加剂,经1 450 ℃保温3 h制备MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料,研究了SiO₂和Ca(OH)₂对MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料烧结性能及抗热震性能的影响。结果表明,SiO₂和Ca(OH)₂的引入共同促进了材料的烧结,当SiO₂添加量为1.96%(w),Ca(OH)₂添加量为2.42%(w),即添加剂Ca(OH)₂、SiO₂物质的量比为1时,试样的烧结性能与抗热震性能最佳,此时试样的体积密度和显气孔率分别为2.96 g·cm^-3和16.7%,其热震后的抗折强度保持率与耐压强度保持率分别为80%和53%。SiO₂和Ca(OH)₂的引入也会促进钙镁橄榄石和镁橄榄石发生固溶反应,使材料晶界上出现微裂纹,应力作用下裂纹扩展并发生方向偏转,起到裂纹偏转增韧的效果,从而改善了MgO-Mg₂SiO₄质耐火材料的抗热震性能。

溶胶-凝胶法制备SiO₂包覆氧化镁复合粉体及其性能研究

周张燕, 曹济源, 马北越, 李广明, 宋娜, 班霞, 刘永利, 张呈呈, 赵广义

2025, (6): 488-494. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.006

摘要 ( ) PDF (1447KB)( )

针对氧化镁易团聚且无法在溶胶体系中实现均匀分散等问题,首先探究了焦磷酸钠添加质量分数(0~2.5%)、悬浮液pH(7.9~11.5)及超声分散时间(0~20 min)对氧化镁粉体分散性与稳定性的影响;随后以硅酸钠为原料,采用溶胶-凝胶法,通过调控包覆时间(1~9 h)、包覆温度(55~95 ℃)、悬浮液pH(7.5~11.3)及硅酸钠溶液质量分数(1%~5%),研究了上述参数对SiO₂包覆氧化镁粉体表面特性的影响。结果表明:当焦磷酸钠添加量小于1.5%(w),pH小于11.5,超声分散时间小于5 min时,氧化镁粉体的分散性随上述参数的增大而提升;当焦磷酸钠添加量大于1.5%(w),超声分散时间超过5 min时,氧化镁粉体分散性逐渐降低;采用SiO₂包覆氧化镁后,随着包覆时间的延长,包覆温度(55~65 ℃)的升高以及pH的增大,氧化镁粉体分散性均先增强后降低。综上所述,当包覆时间为7 h,包覆温度为65 ℃,pH稳定在 10.5,硅酸钠溶液质量分数为5%时,氧化镁粉体的分散性最佳,其d₅₀为45.2 μm,d₉₀为70.5 μm,比表面积降至最小值792 m²·kg^-1。

多尺度级配的氧化铝对氧化铝坩埚性能的影响

欧阳李, 杨爽, 顾华志

2025, (6): 495-499. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.007

摘要 ( ) PDF (2486KB)( )

为提升氧化铝坩埚的致密化程度、力学性能及抗热震性,以不同粒径(≤75 μm、≤4 μm和≤30 nm)的氧化铝粉为原料,依据Dinger-Funk颗粒级配模型设计多尺度复合级配体系,制备了氧化铝坩埚,系统研究了多尺度级配对坩埚的显微结构、力学性能及抗热震性能的影响。结果表明:1)多尺度协同级配优化了颗粒堆积,氧化铝坩埚体积密度达3.82 g·cm^-3、显气孔率为1.9%、线收缩率为11.9%,显微结构均匀致密,且存在较多的晶内闭气孔。2)多尺度级配优化的氧化铝坩埚的常温抗折强度和耐压强度分别为225和434 MPa,较纳米粉体制备的氧化铝坩埚的力学性能有所降低,但热震后抗折强度保持率达到50.1%,相比之下,纳米粉制备的氧化铝坩埚热震后抗折强度保持率仅为33.9%。多尺度级配优化的氧化铝坩埚优异的抗热震性能主要由晶内闭气孔吸收应力所导致。

莫来石基多孔陶瓷的制备与显微结构优化

景铉瀚, 董贤贞, 嵇晓洁, 刘兴硕, 周文英, 赵德刚

2025, (6): 500-505. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.008

摘要 ( ) PDF (3933KB)( )

为拓宽高性能多孔陶瓷的设计与开发,以工业氧化铝和广西白泥为原料,α-烯基磺酸钠为发泡剂,改性硅树脂聚醚微乳液(MPS)为稳泡剂,柠檬酸铵为减水剂,采用直接发泡法,经1 500 ℃保温3 h热处理制备莫来石多孔陶瓷。研究MPS的添加量(外加质量分数分别为0.2%、0.3%、0.4%)以及搅拌时间(5、10、15 min)对陶瓷显微结构和性能的影响。结果表明:陶瓷的主晶相为莫来石,次晶相为刚玉;随着MPS添加量的增加,陶瓷的孔径分布更加均匀且中位径降低,常温耐压强度和体积密度增加;随着搅拌时间的延长,气孔率和中位径先降低后增加,常温耐压强度和体积密度先升高后降低;当MPS的添加量为0.3%(w),搅拌时间为10 min时,莫来石基多孔陶瓷性能最佳。

原料预处理对制备TiB₂粉体的影响

王兴国, 徐晨, 长世伦, 张照磊, 李欣, 陈滨

2025, (6): 506-510. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.009

摘要 ( ) PDF (2316KB)( )

为探究原料预处理对制备TiB₂粉体的作用规律,以TiO₂、B₄C和炭黑作为反应原料,通过微波辅助硼热/碳热还原法在1 450 ℃保温20 min下制备TiB₂粉体,探讨三种不同的原料预处理方式(原料未经预处理、原料球磨和原料球磨-压制球团)对产物的物相组成和微观形貌的影响。结果表明:原料球磨6 h处理后,在1 450 ℃保温20 min下制备出的TiB₂粉体具有理想的六方片状结构,平均粒径约为0.52 μm,且残留C、O含量(w)分别为0.254%和 0.556%,产物中无其他杂相;原料未经预处理时,反应产物中有TiC残留,原因是原料间的粒径差距大,扩散速率缓慢,致使反应不完全;原料经球磨-压制球团处理后,反应产物中有TiBO₃、Ti₂O₃残留,主要是由于致密的球团抑制反应过程中CO逸出,进而抑制反应的正向进行,导致产物中有未反应物质残留。最后,结合产物的物相和形貌变化,推测未反应物质TiC和TiBO₃均由TiO₂和B₄C反应生成。

热处理温度对高熵尖晶石涂层性能的影响

孙帅蒙, 杨爽, 张美杰, 付绿平, 黄奥, 顾华志

2025, (6): 511-515. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.010

摘要 ( ) PDF (2402KB)( )

为拓展高熵尖晶石红外辐射涂层在节能减排领域的应用,首先以氧化镁、氧化铝、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌为原料,按1∶5∶1∶1∶1∶1的化学计量比混合,经1 600 ℃热处理8 h制备高熵尖晶石。然后在30 mm×30 mm×10 mm的刚玉-莫来石小试块表面喷涂高熵尖晶石红外辐射涂层。探究不同热处理温度(1 300、1 400、1 500和1 600 ℃保温2 h)对该涂层的红外辐射性能和结合强度的影响。结果发现:热处理温度由1 300 ℃提高至1 600 ℃时,涂层的孔隙逐渐减少,结构逐渐致密;涂层经1 600 ℃保温2 h后室温下0.2~2.5 μm波段和2.5~15 μm波段的红外发射率分别达到0.86和0.90;当热处理温度为1 500 ℃时,涂层与基体的结合强度最高,达到6.16 MPa。

碳化电炉用镁碳砖的侵蚀分析

黄家旭, 齐建玲, 吕学明, 刘亚东

2025, (6): 516-520. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.011

摘要 ( ) PDF (2104KB)( )

为明确碳化电炉不同部位镁碳砖寿命衰减的主导因素,通过炉衬侵蚀量测量、显微结构和物相组成分析等手段,研究了碳化电炉不同部位镁碳质炉衬的侵蚀状况。结果表明:渣线上部镁碳砖因发生氧化反应,在热应力作用下导致MgO颗粒掉落;渣线部位镁碳砖与炉渣反应后,产物溶解于炉渣中,同时MgO颗粒在炉渣冲刷下不断剥落,使侵蚀速率加快;靠近炉底位置的镁碳砖,受剩余炉渣隔热作用影响,炉次间温度梯度较小,热应力相对降低,侵蚀速率较渣线位置的更慢。

邻苯二甲酸二辛酯与酚醛树脂对镁尖晶石滑板性能的影响

李强, 曾庆洋, 梁保青, 刘新红, 曾宪新, 王大军

2025, (6): 521-524. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.012

摘要 ( ) PDF (1344KB)( )

液态热固酚醛树脂在使用中释放甲醛、游离酚等挥发性有机化合物污染环境,存放时黏度变大,影响高锰钢滑板的质量。以板状刚玉、电熔尖晶石为骨料,引入邻苯二甲酸二辛酯为增强剂,4%(w)的热塑性酚醛树脂粉为结合剂,制备了高锰钢用镁尖晶石滑板。研究邻苯二甲酸二辛酯加入量(加入质量分数分别为0、1%、1.2%、1.4%和1.6%)对滑板结构及高温性能的影响。结果表明:加入邻苯二甲酸二辛酯使颗粒料表面活性增加,改善了热塑性酚醛树脂粉的黏结性、韧性,减少了滑板材料的气孔;当邻苯二甲酸二辛酯的外加量为1.2%(w)时,滑板结构致密,高温力学性能和抗钢液冲刷性能得到显著提高,在150 t钢包连铸机上平均使用次数为2.8次,超过了改进前滑板的平均使用寿命(1.6次)。

微孔刚玉骨料对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

谭鑫宇, 王刚, 冯海霞, 柳军, 李传浩, 冯志源

2025, (6): 525-529. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.013

摘要 ( ) PDF (2347KB)( )

为了提升刚玉-尖晶石浇注料的抗热震性,以电熔白刚玉骨料(5~3、3~1、≤1 mm)及细粉(≤0.074 mm),微孔刚玉骨料(5~3、3~1、≤1 mm),烧结尖晶石骨料(≤1 mm)及细粉(≤0.045 mm),BL-2氧化铝微粉,Secar 71铝酸钙水泥为原料,制备刚玉-尖晶石浇注料。研究了不同热处理温度(1 000、1 200、1 400、1 500、1 600 ℃)和同粒度的微孔刚玉骨料等量替换电熔白刚玉的加入量(质量分数分别为0、13%、23%、33%、43%、54%)对试样性能的影响。结果表明:1)随着热处理温度的升高,试样的强度随之增大;2)随着微孔刚玉骨料加入量的增加,体积密度降低,抗热震性先减小后增大;3)当微孔刚玉骨料完全取代电熔白刚玉骨料,即微孔刚玉骨料加入量为54%(w),热处理温度为1 600 ℃时,试样的综合性能最佳。

CaZrO₃粉体的合成方法研究进展

赵鑫鑫, 许晴, 黄潇阳, 彭金琦, 段红娟, 张海军, 李少平

2025, (6): 530-535. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.014

摘要 ( ) PDF (1022KB)( )

CaZrO₃材料凭借其高熔点、优异的抗热震性、良好的力学性能与低导热特性,被广泛应用于耐火材料、热障涂层、高机械强度陶瓷及生物医学材料等领域。综述了近年来CaZrO₃粉体的合成方法研究进展,重点分析了固相反应法、熔盐法和燃烧法的优缺点,并对比了不同合成方法所得到的CaZrO₃粉体。展望了CaZrO₃粉体未来的发展方向,包括优化前驱体制备工艺以降低合成温度和成本,深化合成理论研究以提高产品质量与稳定性,通过原料预处理增强氧化锆晶体结构稳定性,以及通过掺杂改性拓展其应用领域等。

真空感应熔炼高温合金与坩埚耐火材料相互作用的研究进展

刘星立, 邢一丹, 黄潇阳, 庞百胜, 黄亮, 张海军

2025, (6): 536-541. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.015

摘要 ( ) PDF (1020KB)( )

高温合金广泛应用于航空航天、核工业和化工生产等领域。真空感应熔炼(VIM)作为精炼高温合金的主要技术路线之一,可有效去除氧、氮和氢等非金属元素,提升高温合金的洁净度。然而,在VIM过程中,高温合金熔体与坩埚耐火材料之间的反应不可避免,从而导致夹杂物产生,影响合金的性能。因此需要深入分析合金与坩埚耐火材料界面相互作用的机制,找出界面反应的关键因素,从而优化坩埚耐火材料。综述了近年来高温合金与不同类型耐火材料相互作用的研究进展,并展望了该领域未来的发展方向。

锂离子电池正极用匣钵耐火材料研究进展

彭金琦, 雷辉聪, 黄潇阳, 黄仲, 张海军

2025, (6): 542-546. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.016

摘要 ( ) PDF (948KB)( )

匣钵耐火材料是保障锂离子电池正极材料高温生产过程的重要基础材料。简述了正极材料与匣钵耐火材料的侵蚀机制,综述了锂离子电池正极用匣钵耐火材料(莫来石系、堇青石系及其他)的特性,最后指出该研究领域存在的主要问题,并对锂离子电池正极用匣钵耐火材料的未来发展进行了展望。

SiC陶瓷浆料稳定性和流变性研究进展

徐晗, 高媛媛, 雷志福, 马欣, 闫森旺, 顾强

2025, (6): 547-552. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.06.017

摘要 ( ) PDF (952KB)( )

SiC陶瓷作为高性能结构材料,通过胶态成型法制备高品质、低成本坯体的关键在于获得低黏度、高固含量的浆料。分散剂的种类、复配方式及添加量直接决定浆料的稳定性与流变性能。为此,综述了单一分散剂及混合分散剂对SiC陶瓷浆料稳定性和流变性的影响研究现状,简述了静电稳定、空间位阻稳定及静电-空间位阻协同稳定三大机制,旨在为优化SiC浆料性能的后续研究提供理论参考。