耐火材料

王世贞, 韩兵强, 谭丹, 魏耀武, 鄢文, 李楠

2026, (1): 1-7. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.001

为了优化多孔钙长石-尖晶石隔热耐火材料的物相组成与显微结构,从而提升其物理性能,以刚玉粉尘、石英砂、石灰石粉和电熔镁砂为主要原料,采用直接发泡法经1 200 ℃保温3 h热处理制备了多孔钙长石-尖晶石隔热耐火材料。研究了电熔镁砂添加量(添加质量分数分别为0、2%、4%、7%)对该材料显微结构和性能的影响。结果表明:1)电熔镁砂的引入显著优化了钙长石-尖晶石隔热耐火材料的物相组成及气孔结构,其与Al₂O₃原位反应生成尖晶石,形成了钙长石-刚玉-尖晶石三相复合孔壁结构,尖晶石的“钉扎”效应使孔壁结构由孤岛状转变为均匀网状。2)随着电熔镁砂添加量(w)从2%增至7%,试样的体积密度先升后降,总气孔率先略降低后急剧升高,线膨胀率持续增加,常温耐压强度先基本不变后急剧升高,热导率逐步降低。3)当电熔镁砂加入量为7%(w)时,试样的综合性能最好。

基于离散元的熔盐罐底陶粒层热应力分析

黄尧, 刘源泂, 朱海龙, 李远兵, 胡亮

2026, (1): 8-12. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.002

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针对熔盐罐底部的陶粒回填层,基于EDEM离散元软件平台,构建相应的颗粒仿真模型,对陶粒层压实回填工艺及满罐工况模拟,重点考察预压实工艺(自然堆积、一次预压实、8次分段预压实)对陶粒层压缩变形与应力分布的力学影响,并进一步分析了不同粒径分布(5~10、10~15、15~20 mm)对陶粒层传热特性的作用规律。结果表明:1)陶粒层高度1.6 m,陶粒粒径范围5~20 mm,采用8次分段预压实工艺,重罐5万t加载,其陶粒内部最大应力范围为8.0~14.4 MPa,应力分布均匀,总沉降量为20.44 mm。2)随着陶粒粒径的增大,热量传递距离逐渐增加,而平均热通量则下降,表明小粒径颗粒堆具有更优异的隔热性能,其在50 h时的热量传递距离为185.73 mm,平均热通量为0.49 W·m^-2;而大粒径颗粒堆的热传导效率更高,隔热性能最差,热量更容易扩散,其热量传递距离为195.65 mm,平均热通量为2.31 W·m^-2。

轻量化镁砂制备水泥窑烧成带用方镁石-铁铝尖晶石材料

孙格格, 李国华, 邓舒丹, 田琳

2026, (1): 13-18. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.003

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为了提高水泥窑的热效率,以自制的轻量化镁砂、烧结镁砂、铁铝尖晶石为原料制备水泥窑烧成带用轻量化方镁石-铁铝尖晶石材料。研究3~1 mm的轻量化镁砂等量替代同粒度的烧结镁砂(替代质量分数分别为0、10%、20%、30%、40%)对试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度、抗热震性、荷重软化温度、抗水泥熟料侵蚀等性能的影响。结果表明:1)随着轻量化镁砂加入量的增加,体积密度减小,显气孔率增大;2)轻量化镁砂能够与基质形成互锁界面,使常温耐压强度增大,抗热震性增强;3)加入适量的轻量化镁砂能够提高试样抗水泥熟料侵蚀性能,减小侵蚀面积;4)当轻量化镁砂加入量为20%(w)时,试样的综合性能最优,体积密度为 2.78 g·cm^-3,显气孔率为21.9%,常温耐压强度为76.2 MPa,荷重软化温度高于1 700 ℃。

微波辅助硼热/碳热合成TiB₂粉体的保温时间作用机制研究

长世伦, 刘振阳, 王兴国, 李欣, 张照磊, 乔佳, 陈滨

2026, (1): 19-24. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.004

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为阐明微波场中保温时间对二硼化钛(TiB₂)粉体合成过程的调控机制,以TiO₂-B₄C-C体系为研究对象,采用微波辅助硼热/碳热耦合还原工艺,在1 450 ℃下系统探究保温时间(10、20、30和40 min)对产物物相组成、显微形貌及粒度分布的演变规律,从而揭示TiB₂晶体的生长机制。结果表明:当保温时间为10 min时,体系存在TiO₂和B₄C的中间反应过程,导致存在TiC和B₂O₃副产物;保温时间延长至20 min,TiC、B₂O₃和C的反应完成,获得纯相TiB₂粉体;保温时间超过30 min后,微波非热效应显著增强,诱发晶粒异常生长及烧结颈形成。较优工艺参数为1 450 ℃保温20 min,制备了d₅₀为0.32 μm的亚微米TiB₂粉体,其晶界清晰且呈规则六方结构。

光固化3D打印制备氧化锆陶瓷的工艺优化

施英统, 郑雯雯, 谢呵瀚, 刘鹏, 刘子玉, 杨现锋

2026, (1): 25-30. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.005

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针对亚微米氧化锆粉体分散性差、光固化成型过程中易发生翘曲等问题,以高纯亚微米氧化锆粉体(4Y-TZP)为原料,以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG400DA)为复合光敏树脂体系,以双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦作为光引发剂,分别以3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)、蓖麻油、聚合磷酸酯类阴离子分散剂(BYK-111)作为分散剂,光固化3D打印制备氧化锆陶瓷。探究了光敏树脂配比、分散剂、固含量、光固化成型工艺参数等对氧化锆陶瓷浆料流变性能、悬浮稳定性及生坯质量的影响。结果表明:1)分散剂KH560添加量为氧化锆粉体质量的0.5%、TMPTA占复合光敏树脂总质量的36%、固相体积分数为36%的氧化锆陶瓷浆料具备良好的流变性能与悬浮稳定性;2)在曝光功率为1 230 mW·cm^-2、扫描速度为2 000 mm·s^-1、固化次数为2的打印参数下,浆料的单层固化深度可达0.095 mm,且成形精度较高,坯体在氮气气氛下经600 ℃脱脂后再经1 550 ℃烧结,可获得致密氧化锆陶瓷,表观密度为5.80 g·cm^-3,抗弯强度达641 MPa。

纳米氧化铝及热处理温度对MgO陶瓷过滤器性能的影响

张雨生, 黄奥, 邹永顺

2026, (1): 31-37. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.006

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为了提高MgO陶瓷过滤器的力学性能,采用有机泡沫浸渍法,以微孔MgO粉体为原料制备含多孔骨架结构的MgO陶瓷过滤器。探究了第二相纳米氧化铝添加量(添加质量分数分别为0、3%、6%、9%和12%)和热处理温度(1 450、1 500、1 550和1 600 ℃)对陶瓷过滤器物理性能、物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:引入纳米氧化铝在晶间原位形成镁铝尖晶石,提高了晶粒间的结合强度,降低了显气孔率,增加了体积密度,提高了室温压缩强度;但当纳米氧化铝添加量超过6%(w)时,过量的晶间尖晶石反而阻碍了MgO晶粒的直接结合,从而降低了室温压缩强度;热处理温度的升高增加了Al₂O₃在MgO中的固溶度,促进烧结提高了致密度和室温压缩强度;当纳米氧化铝添加量为6%(w),热处理温度为1 600 ℃时,MgO陶瓷过滤器的室温压缩强度达到最大值,为1.42 MPa,显气孔率为81.5%,体积密度为0.66 g·cm^-3。

Carbores P对制备Ti₃AlC₂质过滤陶瓷性能的影响

李飞, 肖俊李, 周辉, 魏耀武, 鄢文, 李楠, 陈俊峰

2026, (1): 38-42. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.007

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为了拓展Ti₃AlC₂材料的应用领域,以Ti₃AlC₂粉为主要原料,采用有机前驱体浸渍法制备了Ti₃AlC₂质过滤陶瓷,研究Carbores P的加入量(加入质量分数为0~30%)对制备Ti₃AlC₂质过滤陶瓷的影响。结果表明:在埋碳条件, 1 100 ℃热处理后的Ti₃AlC₂质过滤陶瓷的主要物相为Ti₃AlC₂,但会有部分Ti₃AlC₂与CO气氛反应生成TiC和α-Al₂O₃。此外,随着Carbores P加入量的增加,制备Ti₃AlC₂质过滤陶瓷用浆料的黏度会随之增加,进而使得过滤陶瓷根筋直径增大,缺陷减少。并且,Carbores P的加入会改变热处理后Ti₃AlC₂粉之间的连结方式,使其连结更加紧密,增加Ti₃AlC₂质过滤陶瓷的常温耐压强度。当加入20%(w)Carbores P后,试样的常温耐压强度达到0.20 MPa。而进一步增加浆体中Carbores P加入量,会导致所制备的Ti₃AlC₂质过滤陶瓷经 1 100 ℃热处理后结构坍塌,这是由于Carbores P热分解导致过滤陶瓷体积收缩直至结构失稳。Carbores P添加量在20%(w)时,试样获得最好的力学性能。

硅烷偶联剂添加量对钢包用抗侵蚀涂层性能的影响

宋博, 田琳, 田超, 李国华, 姜雨涵, 丁云锴

2026, (1): 43-47. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.008

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针对钢包耐火材料无碳化需求,以煅烧α-Al₂O₃粉、钇稳定氧化锆为涂层填料,加入镁铝质结合剂,以硅烷偶联剂(KH-560)为分散剂,制备涂层料浆,刷涂在40 mm×40 mm×10 mm的刚玉-镁铝尖晶石基体表面,经1 600 ℃保温1 h热处理制得涂层试样。研究了KH-560添加量(涂层填料质量的0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%)对涂层料浆性能及涂层试样抗侵蚀性的影响。结果表明:1)常温条件下,KH-560与羟基化Al₂O₃表面脱水缩合形成均匀的吸附层,其空间位阻效应降低料浆表面张力和黏度,显著提升料浆的稳定性;2)1 600 ℃热处理后,KH-560与Al₂O₃通过化学键合生成莫来石晶相,增强涂层与基体间的结合强度;3)抗渣侵蚀试验显示,相较于未添加KH-560的涂层试样,添加1%(w)的KH-560的试样侵蚀界面骨料边缘保持完整形貌,基质无液相渗透,侵蚀指数较未添加KH-560的试样降低69.8%;4)KH-560的适宜添加量为1%(w)。

隔热碳纤维复合材料微纳孔调控及其性能

陈嘉良, 丁军, 罗益欣, 刘正龙, 余超, 朱青友, 邓承继

2026, (1): 48-53. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.009

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为实现碳纤维复合材料的高效隔热,以T300碳纤维预浸布为增强体,环氧树脂为基体,通过溶剂诱导相分离策略构建多孔结构体系。采用异丙醇作为造孔剂,通过调控异丙醇的添加量(质量分数分别为0、10%、20%和30%)实现碳纤维复合材料孔隙率的梯度化设计,探究孔隙结构演化对材料力学与隔热性能的耦合作用机制。结果表明:随着异丙醇添加量从0增加至30%(w),复合材料孔隙率从0.71%提升至 2.14%,孔隙数量递增且孔隙尺寸扩增,孔隙形貌由点状缺陷转变为圆形缺陷,但力学性能呈现可控性衰减趋势;随着异丙醇添加量从0增加至30%(w),材料的隔热性能呈现逐渐上升的趋势;当异丙醇添加量为10%(w)时,材料的孔隙率为1.12%,材料的力学性能降低程度最小,且隔热性能相对最佳。

煤矸石粉加入量对菱镁矿尾矿制备镁质多孔骨料的影响

王千千, 昝文宇, 马北越, 苑小舟, 兰志鹏, 于景坤

2026, (1): 54-58. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.010

摘要 ( ) PDF (1828KB)( )

为了提高菱镁矿尾矿资源化利用,降低镁质耐火材料生产成本,以菱镁矿尾矿与煤矸石粉为原料,经 1 300 ℃保温4 h原位合成了MgO-Mg₂SiO₄-MgAl₂O₄多孔骨料。研究了煤矸石粉加入量(加入质量分数分别为0、10%、20%、30%和40%)对试样物相组成与显微结构、体积密度和显气孔率、常温耐压强度和抗热震性能的影响。结果表明:1)随着煤矸石粉加入量的增加,试样线收缩率先降低后升高,体积收缩率降低,显气孔率降低,体积密度升高,常温耐压强度升高,抗热震性先上升后降低;2)当煤矸石粉加入量为30%(w)时,试样的主晶相为MgO、Mg₂SiO₄和MgAl₂O₄,综合性能最优,其线收缩率为12.7%,体积收缩率为30.5%,显气孔率达 43.4%,体积密度为1.81 g·cm^-3,常温耐压强度为56.0 MPa,3次热震后的耐压强度保持率为83.3%。

TiN_x对轧钢加热炉无冷却刚玉基滑轨材料性能的影响

乔丽娜

2026, (1): 59-64. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.011

摘要 ( ) PDF (1872KB)( )

为了提高轧钢加热炉用无冷却刚玉基滑轨材料的使用寿命,以白刚玉为主要原料,引入非化学计量比化合物TiN_{x(x=0.3、0.4、0.5)作结合剂,利用放电等离子烧结,在1 350、1 400、1 450、1 500、1 550 ℃保温 15 min 热处理制备TiN_{x-Al₂O₃材料。研究TiN_{x的添加量(体积分数分别为15%、20%、25%、30%、35%)对该材料的相对密度、常温耐压强度、耐磨性、荷重软化温度、抗热震性、与铁的敏感性、抗氧化铁渣侵蚀性的影响,并与 SiC-Al₂O₃ 复合材料作对比。结果表明:1)当热处理温度为1 450 ℃时,随着TiN_{x添加量的增加,试样相对密度先增加后趋于稳定;2)当TiN_{x添加体积分数为30%时,随着热处理温度的升高,试样的相对密度、常温耐压强度、磨损量均先升高后趋于稳定,荷重软化温度稳定在1 800~1 900 ℃,抗热震性次数大体上呈下降趋势;3)模拟轧钢加热炉的工作环境,即保持1 300 ℃且不密封,试样质量随保温时间的延长先增加后趋于稳定,试样的抗氧化铁渣蚀深度保持在0.02~0.04 mm;4)综合考虑,当TiN_0.4添加体积分数为30%,热处理温度为 1 450 ℃时,试样具有较高的力学性能和热稳定性,优于碳化硅-刚玉复合材料的。}}}}}

无水硼砂对Al₂O₃-C复合材料性能与显微结构的影响

吴嵩, 韦龙杰, 王建筑, 陈继, 袁愈辉, 刘诚

2026, (1): 65-68. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.012

摘要 ( ) PDF (1740KB)( )

在Al₂O₃-C复合材料中添加低熔点相,对其性能与结构改善具有重要意义。以棕刚玉、氧化铝粉、鳞片石墨为主要原料,酚醛树脂为结合剂,加入不同量的无水硼砂(加入质量分数分别为 0、1%、2%、3%和4%),采用高速逆流造粒机混合,得到的混合料在冷等静压机内成型,经250 ℃干燥、1 000 ℃埋碳烧成,制备了Al₂O₃-C复合材料,研究了无水硼砂加入量对Al₂O₃-C复合材料性能及显微结构的影响。结果表明:随着无水硼砂加入量的增多,试样显气孔率显著下降,体积密度有所增加,但增加幅度较小;添加了无水硼砂的试样,细粉颗粒边界变得模糊,细粉之间孔隙部分被熔化后的无水硼砂所填充,从而使得显气孔率显著降低,常温抗折明强度显提升,抗氧化性能显著改善;与未添加无水硼砂的试样相比,加入4%(w)无水硼砂试样的显气孔率下降幅度约为25%,常温抗折强度的升高幅度约为5.6倍,氧化层面积下降约为60%。

酸性环境对碳化硅浇注料性能的影响

刘会永, 丁宇航, 丛培源, 马骁一, 项冰, 熊继全, 张忠

2026, (1): 69-73. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.013

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为研究碳化硅浇注料在酸性环境下的性能演变规律,以碳化硅、α-Al₂O₃微粉和硅溶胶为主要原料,制备了硅溶胶结合碳化硅浇注料,研究了经过不同质量分数(0、5%、10%、15%、20%)的硝酸浸泡处理后浇注料的物理性能、显微结构和物相组成。结果表明:1)浸酸后干燥试样表面完整,并未出现粉化、脱落、侵蚀现象;2)随着硝酸质量分数的增加,试样的强度提高,线收缩率和质量损失率增加;3)与未酸浸试样相比,经20%(w)的硝酸浸泡后试样的物相组成并没有发生明显变化,表面颗粒之间结合更紧密,形貌更加平整有序。因此,碳化硅浇注料具有优异的耐酸侵蚀性,可在多种工业酸性环境中长期稳定使用。

氧化铝微粉多级配比对刚玉浇注料中低温性能的影响

李冬梅, 李桂梅, 颜林, 李红超, 李璐, 叶青, 邵长波, 陈志强

2026, (1): 74-77. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.014

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刚玉浇注料在烘烤和现场使用过程中,常在中低温阶段出现强度下降,影响其整体使用性能。为解决该问题,提出采用多级氧化铝微粉进行粒度配比优化,以提升浇注料在中低温热处理后的结构稳定性和力学性能。选用板状刚玉和6种不同粒径的氧化铝微粉(d₅₀分别为3.910、1.885、1.362、1.104、0.798和0.524 μm)为主原料,设计了5级配比制备刚玉浇注料,研究其对浇注料常温抗折强度、加热永久线变化率及其显微结构的影响。结果表明:采用一级和二级微粉配比的试样经600 ℃热处理后比110、400 ℃热处理后的常温抗折强度显著下降;采用5级微粉配比的试样在400~1 200 ℃的常温抗折强度表现稳定,显著改善了传统单一微粉体系在600 ℃附近出现的强度下降问题,同时,高温处理后显微结构更致密,加热永久线变化率更稳定。该研究为优化刚玉浇注料的中低温性能提供了有效思路,并具有良好的工程应用价值。

橄榄石添加量对镁质涂抹料性能的影响

郭勇, 朱义, 余其文, 傅小勇, 肖雄

2026, (1): 78-81. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.015

摘要 ( ) PDF (1104KB)( )

为了提高连铸中间包镁质涂抹料的耐用性和降低其造价,以橄榄石、中档镁砂以及SiO₂微粉为主原料,七水硫酸镁为结合剂制备了中间包用镁质涂抹料。研究了橄榄石添加量(添加质量分数分别为38%、45%、53%、61%、69%)对镁质涂抹料的物相组成、物理性能以及抗渣侵蚀性的影响。结果表明:1)经1 550 ℃热处理后,试样的主晶相为方镁石、镁橄榄石以及斯石英,并随橄榄石添加量的增加,方镁石逐渐减少,而镁橄榄石和斯石英逐渐增加;2)高温下基质中反应生成的铁酸镁和镁橄榄石对基质具有填充作用,使得试样热处理后的体积密度增加,显气孔率下降;3)细小颗粒橄榄石分解产生的FeO氧化而伴随的膨胀效应,以及铁酸镁和镁橄榄石对基质的填充增强作用,使得试样的加热永久线变化和常温耐压强度在不同区段变化趋势不稳定;4)当橄榄石添加量为61%(w)时,1 550 ℃热处理后涂抹料表现出最优异的抗渣性能。

碳化硅基复合材料增强增韧研究进展

王鹏睿, 程本军, 梁效诚, 陈方, 吴锋

2026, (1): 82-87. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.016

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单一相碳化硅陶瓷在断裂韧性和可靠性方面的局限性限制了其在更苛刻环境中的应用。综述了近年来碳化硅基复合材料在颗粒增强、晶须增强及纤维增强等方面的研究进展,重点讨论了不同增强体的增韧机制、相应制备工艺及其对最终性能的影响,最后对碳化硅基复合材料未来的发展方向进行了展望。

锂离子电池三元正极烧成用堇青石-莫来石匣钵研究进展

朱子硕, 王义龙, 苏钰洺, 杨连弟, 刘清华, 庆达, 王健, 吴锋, 韩露

2026, (1): 88-92. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2026.01.017

摘要 ( ) PDF (934KB)( )

系统综述了锂离子电池三元正极材料高温烧成用氧化物匣钵的研究进展,重点围绕堇青石-莫来石复合体系,探讨了其配方优化设计、抗侵蚀机制及表面改性技术对材料性能的影响。通过分析骨料与基质配比、颗粒级配、结合剂类型及废料回收利用等多方面对匣钵综合性能的影响,揭示了材料组成、结构与抗热震性、抗侵蚀性之间的内在联系。为高性能、长寿命、低成本匣钵的开发提供了系统的理论依据与技术路径,对保障正极材料烧结质量,推动锂电池产业绿色可持续发展具有重要意义。