耐火材料

陈光耀, 郭航, 彭坤杰, 豆志河, 高鹏越, 冯齐胜, 侯新梅, 李重河

2026, (5): 369-375. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.001

真空感应熔炼是钛合金低成本制备的有效技术手段,但坩埚对合金的严重污染使得该技术应用受到限制。采用Ba₂ZrYO₅F坩埚,并使用海绵Ti、Al块和AlV合金,开展了Ti6Al4V合金的真空感应熔炼制备,分析了坩埚与钛合金熔体的界面反应以及熔炼后合金的氧含量,评估了铸态Ti6Al4V合金的显微结构及力学性能。结果表明:Ba₂ZrYO₅F坩埚受Ti6Al4V合金熔体的物理熔解作用,在坩埚壁生成Y₂O₃和Y₂O₃(ZrO₂),同时存在Ba₂ZrYO₅F基体相。由于强烈电磁搅拌,坩埚壁生成Y₂O₃进入熔体形成弥散分布、尺寸约2 μm的夹杂物,合金熔炼后氧含量约0.18%(w)。合金在铸态情况下由α相和β相构成,抗拉强度为1 108 MPa,延伸率为1.8%,断口呈解理状态。初步验证Ba₂ZrYO₅F坩埚真空感应熔炼制备该合金的技术具有可行性。

锆英石对矾土基莫来石均质料烧结行为及抗碱侵蚀性的影响

赵飞, 李若茜, 王亚利, 麦海香, 左玉冬, 安建成, 连伟康

2026, (5): 376-382. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.002

摘要 ( ) PDF (2771KB)( )

为提升矾土基莫来石均质料的抗碱侵蚀性能,以Ⅱ级高铝矾土为主要原料,锆英石为改性添加剂,经湿混、成型、1 350~1 650 ℃保温4 h煅烧制备了系列ZrO₂掺杂矾土基莫来石均质料,研究了锆英石加入量(加入质量分数分别为0、2%、4%和6%)对其烧结特性、物相组成及常温物理性能的影响,并采用静态坩埚法评估其抗碱侵蚀性能。结果表明:1 450~1 650 ℃煅烧后,锆英石分解产生的SiO₂在ZrO₂界面形成富SiO₂液相,该液相可加快莫来石均质料的烧结收缩进程。同时,部分富SiO₂液相在煅烧过程中参与莫来石化反应并被原位消耗。锆英石分解产物ZrO₂以弥散态分布于均质料的玻璃相及莫来石晶界处,提高了玻璃相的黏度。经1 650 ℃煅烧后,随着锆英石加入量的增加,均质料的显气孔率从0.63%降至0.20%,且增加ZrO₂加入量可抑制碱蚀环境中K⁺的扩散与渗透,从而提升莫来石均质料的抗碱侵蚀性能。当锆英石加入量为4%(w)时,1 650 ℃保温4 h煅烧后试样兼具高致密度、优异的常温力学性能与良好的抗碱侵蚀性能。

纳米碳化锆的合成工艺优化研究

刘佳庚, 王刚, 李世鹏

2026, (5): 383-388. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.003

摘要 ( ) PDF (2743KB)( )

为了在较低的温度下制备更细小的纳米碳化锆(ZrC)粉体,分别以氧化锆粉、氧氯化锆为锆源,纳米炭黑为碳源,无水乙醇、去离子水为介质,采用碳热还原法、液相先驱体转化法结合碳热还原法制备ZrC粉体,设置不同的n(Zr)∶n(C)(分别为1∶2、1∶3、1∶3.3、1∶3.6),优化热处理制度(1 200、1 400、1 600 ℃分段保温),并制备n(Zr)∶n(C)=1∶3且直接升温至1 600 ℃的对照粉体,研究锆源、n(Zr)∶n(C)、热处理制度对ZrC粉体显微结构和物相组成的影响。结果表明:在碳热还原反应过程中,在1 200 ℃保温 1 h可使m-ZrO₂完全转变为高活性c-ZrO₂,显著降低碳热还原活化能与反应能耗,再升温至1 600 ℃保温1 h即可获得晶粒尺寸100~200 nm的纯相多边形ZrC;继续增设1 400 ℃保温10 min,可促进晶核大量生成并抑制晶粒长大,将晶粒尺寸细化至 60~120 nm。当n(Zr)∶n(C)=1∶3时,采用氧氯化锆为锆源可实现反应物分子级混合,进一步将纯相ZrC细化至60~90 nm。该晶型调控与分段热处理思路为低成本、低能耗制备纳米ZrC粉体提供了可行路径。

纳米氧化锆对莫来石-刚玉浇注料显微结构和性能的影响

李世恩, 陈平安, 乔梦珂, 朱颖丽, 陈浮, 吴江, 罗港涛, 李享成

2026, (5): 389-396. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.004

摘要 ( ) PDF (3900KB)( )

为提升莫来石-刚玉浇注料的高温力学强度,满足其在高温工业中的应用性与可靠性,以电熔莫来石为骨料,刚玉粉和α-Al₂O₃粉为细粉,ρ-Al₂O₃粉和铝酸盐水泥为结合剂,外加纳米ZrO₂为改性剂,制备莫来石-刚玉浇注料。研究纳米ZrO₂添加量(加入质量分数分别为0、0.4%、0.8%、1.2%、1.5%、2.0%和3.0%)对浇注料显微结构和性能的影响。结果表明:纳米ZrO₂分散在浇注料基质中,促进了六铝酸钙(CA₆)晶粒的形核和长大;随着纳米ZrO₂添加量的增加,板片状CA₆生成量增多,且交错分布在基质中;与未添加纳米ZrO₂的浇注料相比,添加2.0%(w)纳米ZrO₂的莫来石-刚玉浇注料的力学性能最好,添加0.8%(w)纳米ZrO₂的莫来石-刚玉浇注料的抗热震性和抗渣侵蚀性最好。

镁锆粉对刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响

雷宇湉, 聂建华, 陈瑞峰, 张小旭, 梁永和

2026, (5): 397-401. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.005

摘要 ( ) PDF (2101KB)( )

为了开发高性能无铬透气砖,以板状刚玉、烧结刚玉、纯铝酸盐水泥、镁锆粉以及预混合细粉(尖晶石粉、板状刚玉、白刚玉、富铝尖晶石粉和α-Al₂O₃微粉)为原料,制备了刚玉-尖晶石质浇注料,探讨了镁锆粉加入量(加入质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和3.5%)对刚玉-尖晶石质浇注料常温物理性能及抗热震性能的影响。结果表明:1 550 ℃热处理后,随着镁锆粉加入量的增多,ZrO₂能均匀地分布在基质中,MgAl₂O₄及CA₆在基质中与ZrO₂穿插结合,结构更加致密,加热永久线变化降低,试样的强度提高;此外,加入一定量的镁锆粉可以明显改善试样的抗热震性,镁锆粉加入量为3.5%(w)试样的常温抗折强度保持率高达63%,较未添加镁锆粉试样的明显提升。综合各项性能及成本考虑,镁锆粉加入量为3.5%(w)的浇注料配比制备的透气砖在LF精炼钢包上试用,其与钢厂现用含铬透气砖的使用寿命基本相当,达48~50次。

镁源对利用二次铝灰制备镁铝尖晶石性能的影响

岳文杰, 唐为朋, 马成良, 田晓利, 刘诚, 冯润棠, 高金星

2026, (5): 402-407. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.006

摘要 ( ) PDF (2497KB)( )

为探究不同镁源对二次铝灰制备镁铝尖晶石材料的影响,以二次铝灰为铝源,分别选用高纯氧化镁微粉、西藏微晶菱镁矿及菱镁矿煅烧产物作为镁源,酚醛树脂为结合剂,经1 700 ℃保温2 h烧结合成镁铝尖晶石。研究了不同镁源及Al₂O₃、MgO的物质的量比(分别为1∶1.05、1∶1.15、1∶1.25)对合成镁铝尖晶石物相组成、显微结构及性能的影响。结果表明:当Al₂O₃、MgO的物质的量比为1∶1.25时,所有试样均呈现单一镁铝尖晶石物相,且以菱镁矿煅烧产物为镁源的试样综合性能最优,此时的显气孔率为9.7%,体积密度为2.84 g·cm^-3,致密度最高,常温耐压强度达136 MPa,热震后的常温耐压强度最高,为92.4 MPa。

精炼钢包用快烘防爆型复相刚玉-尖晶石浇注料的应用研究

胡波, 刘光平, 陈俊峰, 宋雅楠, 李媛媛, 王玉龙, 沈明科

2026, (5): 408-414. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.007

摘要 ( ) PDF (3925KB)( )

为了进一步优化刚玉-尖晶石浇注料的抗爆裂性能和抗热震性能,以电熔白刚玉、复相烧结刚玉、活性氧化铝微粉、90#富铝尖晶石微粉、70#尖晶石细粉、铝酸钙水泥为原料,制备了复相刚玉-尖晶石浇注料,同时制备了普遍刚玉-尖晶石浇注料作为对比,并对用后的快烘防爆型复相刚玉-尖晶石浇注料的组成和结构进行了分析。结果表明:服役过程中,复相刚玉-尖晶石浇注料的损毁主要由渣和钢液与耐火材料的反应引起,损毁形式以熔渣侵蚀、渗透和结构剥落为主,通过调整基质组成和结构及引入复相烧结刚玉,显著提高了浇注料的养护强度,改善了抗爆裂性能和抗热震性能。在国内300 t精炼钢包中服役,其在较低的环境养护温度条件下,能够满足短养护时间和快烘烤的需求,与普通刚玉-尖晶石浇注料相比,其使用寿命提高了60%。

碳纳米纤维/铝酸钙复合粉对陶瓷复合电阻性能的影响

钟振鑫, 姚聪伟, 王云龙, 朱锐锋, 王佳一, 种小川, 肖国庆, 丁冬海

2026, (5): 415-421. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.008

摘要 ( ) PDF (2496KB)( )

针对传统碳系导电填料易团聚、分布不均匀,导致碳陶瓷复合导电材料力学性能与电性能劣化的问题,以预合成的碳纳米纤维/铝酸钙复合粉(CNFs/CAC)为导电填料,与铝矾土、高岭土、钾长石等陶瓷基体原料进行干法球磨混合,经造粒、等静压成型后,采用埋碳还原气氛烧结制备了碳纳米纤维增强的碳陶瓷复合电阻材料。系统研究了复合粉添加量(外加质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)对陶瓷电阻物相组成、显微结构、物理性能及电阻率的影响。结果显示:随着复合粉外加量的增加,材料的致密度和常温耐压强度降低,电阻率呈先增大后减小的趋势。复合粉外加量为1.5%(w)的试样碳元素分布最均匀,导电网络最完整,兼具良好的电阻稳定性和应用要求的力学性能,综合性能最优。

片状氧化铝增强高铝电瓷材料的制备及性能研究

岳永刚, 田晓云, 党大威, 李智辉, 雷涛涛, 种小川, 丁冬海, 肖国庆

2026, (5): 422-429. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.009

摘要 ( ) PDF (3100KB)( )

为改善电瓷材料的脆性、提升力学性能,以瓷绝缘子喷雾造粒料为原料,引入片状氧化铝(ρ-Al₂O₃)作为二维增强相,在1 300 ℃保温2 h常压烧结制备高铝瓷绝缘子。研究了不同分散方式(机械研磨、振动磨、干法球磨)处理后ρ-Al₂O₃粒径分布对高铝瓷绝缘子力学性能、物相组成、显微结构的影响,并分析了其增韧机制。结果表明:干法球磨处理能最有效地细化ρ-Al₂O₃,使其d₅₀降至3.73 μm,并显著促进了烧结过程中莫来石相的生成与显微结构的优化;相较于机械研磨与振动磨,引入干法球磨处理后ρ-Al₂O₃的试样展现出最佳的综合性能,其显气孔率最低,弯曲强度、弹性模量、维氏硬度及断裂韧性分别达到119 MPa、172 GPa、30 GPa与7.51 MPa·m^1/2,其中断裂韧性较未添加ρ-Al₂O₃的空白试样的显著提升了73.8%,这主要源于细化的ρ-Al₂O₃与原位生成的莫来石晶须共同构筑的三维互锁网络结构,该结构通过诱发裂纹偏转、分支及桥接等多种增韧机制,有效阻碍了裂纹的扩展,实现了高铝瓷绝缘子的强韧化。

基于不同窑温的耐火材料工业大气污染物排放限值探讨

孙鹏, 孙航航, 邓华翔, 徐媛倩, 闫亚丽, 白玲, 曹霞

2026, (5): 430-435. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.010

摘要 ( ) PDF (1150KB)( )

窑温作为耐火材料烧成的重要工艺参数,直接影响着大气污染物(NO_x、SO₂、VOCs、颗粒物等)的产生与排放。为了系统分析耐火材料行业窑炉不同烧成温度下大气污染物浓度变化特征,从而为行业绿色升级及污染减排提供科学参考,以河南省为例,对河南省耐火材料行业发展现状和主要污染物产排特征进行了总结,并基于不同窑温条件确定了大气污染物有组织排放限值。结果表明:耐火材料工业的颗粒物排放限值为10 mg·m^-3;SO₂排放限值为50 mg·m^-3;NO_x浓度与窑温的正相关显著,窑温在300~1 200 ℃的NO_x排放限值为50 mg·m^-3,窑温1 200~1 700 ℃的NO_x排放限值为100 mg·m^-3,窑温大于1 700 ℃的NO_x排放限值为200 mg·m^-3,高温电熔炉窑温达到2 000 ℃以上的NO_x排放限值为300 mg·m^-3;非甲烷总烃排放限值为30 mg·m^-3。

纤维增强SiC陶瓷基复合材料的应用及工艺优化研究进展

谷莹蕾, 马超, 卜景龙, 吴印林, 尚晓娴

2026, (5): 436-442. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.011

摘要 ( ) PDF (959KB)( )

纤维增强SiC基陶瓷复合材料因其优异的耐高温、抗氧化、高比强度和高比模量等特性,在航空航天、能源、汽车等领域展现出广阔的应用前景。本文综述了纤维增强SiC基陶瓷复合材料的主要结构体系及国内外的应用进展,同时重点介绍了其制备工艺改进的最新成果,包括化学气相渗透、先驱体浸渍裂解、反应熔渗、3D打印以及上述工艺的组合技术,并对未来的制备工艺及应用发展趋势进行了展望。

钛合金精密铸造用Y₂O₃型壳研究进展

徐彦, 刘晨灿, 陈博文, 徐维台, 王飞, 何博

2026, (5): 443-448. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.012

摘要 ( ) PDF (956KB)( )

精密铸造作为钛合金成型的重要技术,其关键在于型壳材料的选择与性能优化。Y₂O₃因具有高熔点、优异的化学稳定性和低的热膨胀系数等特性,成为抑制钛液界面反应的首选材料。综述了钛合金精密铸造用Y₂O₃型壳的研究现状,包括黏结剂、矿化剂、性能优化及制备工艺等方面的进展,分析了当前面临的挑战,并展望了未来的发展趋势。

赤泥提取元素及制备功能材料高值化利用研究进展

闫杰, 汪佳, 柯军, 夏浩

2026, (5): 449-453. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.013

摘要 ( ) PDF (979KB)( )

赤泥是氧化铝工业产生的大宗固体废弃物,对生态环境构成严重威胁。解析了赤泥固废的物化特性及其来源关联性;系统综述了赤泥在提取有价金属,制备工程材料、环保功能性材料、高值产品等领域的研究进展。针对性提出了关键金属元素分离提纯、低能耗活化技术研发、高附加值产品生产的研究构想,最终实现赤泥“无害化—资源化—高值化”的多级利用目标。

C/C复合材料高温抗氧化涂层的研究进展

侯利超, 田学坤, 顾强, 刘新红

2026, (5): 454-460. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.05.014

摘要 ( ) PDF (963KB)( )

C/C复合材料在高温含氧及强烧蚀条件下易发生氧化失效,严重制约其工程服役寿命,在其表面构建高温抗氧化陶瓷涂层被认为是提升其高温抗氧化与抗烧蚀性能的有效途径。本文中系统综述了C/C复合材料在高温服役过程中的主要失效机制及抗氧化涂层的防护机制,重点总结了ZrB₂基、ZrC基和ZrSiO₄基三类典型超高温陶瓷涂层体系在结构设计、制备工艺及高温防护性能方面的研究进展。同时,重点分析了多相掺杂、梯度复合结构、纳米增强涂层等新型防护体系在抑制氧扩散、缓解热应力和提升自愈合能力方面的作用机制。在此基础上,对高性能抗氧化涂层在材料体系设计、绿色制备工艺优化及极端环境适配性评价等方面的发展方向进行了展望,以期为C/C复合材料在复杂高温环境下的长期稳定服役提供参考。