耐火材料

董泽明, 董泽光, 王疏星, 刘朝阳

2025, (3): 185-191. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.001

为了提高菱镁矿尾矿的回收利用,且寻找一种环保的镁源制备MgB₂O₅晶须,以反浮选菱镁矿尾矿作为镁源,利用熔盐法合成Mg₂B₂O₅晶须。研究了尾矿活化处理、反应温度(700、800和900 ℃)以及硼酸与尾矿质量比(定义为硼镁比,分别为0.62、1.24、1.86和2.48)对Mg₂B₂O₅晶须物相组成和显微结构的影响。结果表明:Mg₂B₂O₅晶须的长径比随着硼镁比的增加先增加后减小,当硼镁比为1.86时,达到最大值;800 ℃为MgB₂O₅晶须生长的最佳温度,低于此温度难以生成晶须,而温度过高则会导致晶须粗化,长径比减小;球磨和轻烧处理菱镁矿尾矿可破坏尾矿分解后存在的母盐假相,减小粒径,从而提高镁源活性,以此为镁源可获得尺寸均匀和高长径比的Mg₂B₂O₅晶须。

水热合成工艺对硬硅钙石纤维制备及显微形貌的影响

王得憬, 王文武, 叶国田, 曹喜营, 王自强, 周玉栋

2025, (3): 192-197. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.002

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为制备高长径比的硬硅钙石纤维,以白炭黑为硅源,Ca(OH)₂为钙源,采用动态水热法合成硬硅钙石。借助XRD、SEM考察保温温度(160、180、200、220、240 ℃)、搅拌转速(50、100、150、200、300 r·min^-1)、保温时间(2、6、12、24、36 h)对水热合成产物的物相组成及显微形貌的影响。结果表明:随着保温温度的升高,硬硅钙石含量增加,纤维长度增加;提高搅拌转速,硬硅钙石含量不变,纤维长度先增加后减小;延长保温时间,硬硅钙石含量增加,纤维长度显著增加。在220 ℃保温24 h、搅拌转速为100 r·min^-1的条件下,可获得长度14.7 μm、长径比47的硬硅钙石纤维。

基于正交设计优化镁铝尖晶石性能

程庆楠, 潜坤, 陈波, 王建军, 刘奎

2025, (3): 198-202. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.003

摘要 ( ) PDF (1790KB)( )

为了研究各因素对凝胶成型镁铝尖晶石耐火材料性能的影响以优化制备工艺,以镁铝尖晶石颗粒、细粉以及微粉为原料,甲基丙烯酰胺为单体、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸铵为引发剂、N,N′-四甲基乙二胺为催化剂,通过凝胶浇注成型制备了镁铝尖晶石材料。采用正交试验研究了凝胶干燥温度(50、70、90 ℃)、引发剂加入量(加入质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%)、催化剂加入量(加入质量分数分别为 0.3%、0.5%、0.7%)、单体与交联剂的质量比(3∶1、5∶1、10∶1)对试样性能和结构的影响,重点分析了各因素对试样常温耐压强度的影响。结果表明:各因素对试样常温耐压强度影响顺序为:引发剂加入量>干燥温度>单体与交联剂的质量比>催化剂加入量,结合试样的显气孔率,确定出最优工艺参数为干燥温度90 ℃、引发剂加入量1.0%(w)、催化剂加入量0.3%(w)、单体与交联剂质量比10∶1,制得镁铝尖晶石材料的体积密度、显气孔率、常温耐压强度和线收缩率分别为2.80 g·cm^-3、15.5％、5.29 MPa、0.55%。

硅粉、石墨加入量对菱镁矿尾矿制备镁质复合材料性能的影响

岳静静, 赵鑫, 游杰刚, 张玲, 张小芳, 侯庆冬, 冯东, 罗式桐, 段明君, 张一

2025, (3): 203-207. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.004

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为提高菱镁矿尾矿的利用率和使用价值,以菱镁矿尾矿轻烧粉为原料,单质硅粉和95-石墨为添加剂,酚醛树脂为结合剂,利用固相反应无压烧结法制备镁质复合材料。研究了在埋碳气氛下,硅粉和石墨加入量对镁质复合材料常温抗折强度、致密度、线变化率、抗热震性能、显微结构以及物相组成的影响。结果表明:随着Si粉和石墨粉添加量的增加,材料中的镁橄榄石(M₂S)和SiC含量增加,最终形成了以M₂S为主晶相的M₂S-SiC-C的复相材料;反应过程中产生的CO和SiO气体,不利于材料的烧结,造成材料的常温抗折强度和体积密度下降,气孔率上升,线收缩率减小;材料热震后的强度保持率均比未添加添加剂的试样明显的增加,因为材料中M₂S的增加和SiC晶须的生成均对材料的抗热震性提高有利。

锆刚玉添加量对Al₂O₃-SiC-C材料结构和性能的影响

杜娟, 李文凤, 郭会师, 申天姿, 石凯, 曹骏

2025, (3): 208-212. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.005

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以再生刚玉(粒度为1~3、3~5 mm)、电熔白刚玉(粒度≤1 mm)、α-Al₂O₃微粉(粒度≤10 μm)、鳞片石墨(粒度≤50 μm)、碳化硅(粒度≤1 mm)为主要原料,硅粉(粒度≤74 μm)为防氧化剂,残碳量约为45%(w)的热固性酚醛树脂为结合剂制备Al₂O₃-SiC-C材料。研究了锆刚玉(AZ40)(粒度≤74 μm)添加量(加入质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%)对Al₂O₃-SiC-C材料结构与性能的影响,并借助场发射扫描电子显微镜观察热处理后试样的断口形貌,对其结构进行分析。结果表明:1)随着AZ40添加量的增加,试样的体积密度、常温抗折强度、耐压强度、高温抗折强度和常温抗折强度保持率均先升高后下降,显气孔率和氧化指数的变化规律则相反;2)当AZ40添加量增加至12%(w)时,试样的力学性能和抗氧化性能都低于未添加试样的,这说明在Al₂O₃-SiC-C材料中添加适量的AZ40,有利于提高材料的力学性能、抗热震性能和抗氧化性能;3)当AZ40添加量为3%(w)时,试样的综合性能最佳。

氧化钇外加量对镁稳氧化锆材料性能的影响

王冬冬, 余同暑, 赵洪波, 李红霞

2025, (3): 213-216. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.006

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为了提高钢铁小方坯连铸用高密度氧化锆定径水口的综合性能,以60%(w)的单斜氧化锆粉、40%(w)的电熔氧化镁稳定氧化锆粉为主要原料,外加1.1%(w)的稳定剂氧化镁微粉和一定量的氧化钇微粉,成型为125 mm×10 mm×10 mm的试样和标准水口芯,经1 730 ℃保温8 h制备了高密度氧化锆材料。研究了稳定剂氧化钇外加量(外加质量分数分别为0、0.325%、0.65%、0.975%和1.3%)对氧化锆性能、显微结构、物相组成的影响。结果表明:增加氧化钇的外加量,可以弥合网状微裂纹,提高材料的常温抗折强度与耐钢液冲刷性,但单斜氧化锆相占比减少与网状微裂纹的弥合对材料抗热震性不利。通过控制氧化钇外加量,可以调整材料的抗热震性与耐钢液冲刷性,以满足不同的工况要求。

自增韧SiC-B₄C-ZrB₂复相陶瓷的制备及性能表征

王雯龙, 刘凯, 王红杰, 陈刚, 田兆永, 谭波, 李俊莹

2025, (3): 217-223. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.007

摘要 ( ) PDF (3036KB)( )

为了制备具有优异力学性能的自增韧SiC-B₄C-ZrB₂复相陶瓷,以SiC、B₄C、ZrO₂和石墨碳微粉为原料,通过无压固相烧结经2 200 ℃保温2 h制备SiC-B₄C-ZrB₂复相陶瓷,研究了不同ZrO₂加入量(加入质量分数分别为0、5.60%、10.90%、15.93%、20.69%和25.25%)对复相陶瓷显微结构和力学性能的影响。结果表明:1)ZrO₂的添加有助于烧结致密化,并促进SiC晶粒异向生长,形成了独特的多模态晶粒互锁显微结构,显著提升材料的损伤容限。2)随着ZrO₂加入量的增加,试样相对密度、弯曲强度和硬度呈现先增加后减小的趋势,当ZrO₂加入量为10.90%(w)时,相对密度最高,可达98.23%,维氏硬度和弯曲强度达到峰值,分别为29.7 GPa和443 MPa。此外,ZrO₂加入量为15.93%(w)时,试样展现出最高的断裂韧性,可达6.43 MPa·m^1/2。

废旧锂电有价元素提取热处理炉用SiC-Si₃N₄-C质耐侵蚀材料研究

姜悦纳, 叶欣健, 陶天一, 杨梦瑶, 林凡凯, 郑晓洪, 孙振华, 吴小文, 黄朝晖

2025, (3): 224-228. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.008

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回收废旧锂电池有价元素常用火法结合湿法冶金回收工艺,为提高回收工艺中热处理炉衬材料的耐腐蚀性能,以用后铁水包砖细颗粒(1~0.5、≤0.5 mm)、碳化硅(2~1、1~0.5、＜0.5 mm)、氮化硅(＜0.045 mm)和石墨为原料,将用后铁水包砖细颗粒替代同等粒度的氮化硅经800~1 400 ℃保温3 h制备SiC-Si₃N₄-C复相耐火材料。研究了用后铁水包砖细颗粒加入量(加入质量分数分别为0、12.12%、26.25%、36.38%和48.5%)和热处理温度(8 00、1 000、1 200、1 400 ℃)对复相耐火材料性能的影响。结果表明:1)随着用后铁水包砖细颗粒加入量的增加,试样体积密度变化较小,显气孔率呈现出逐渐减小的趋势,常温耐压强度和常温抗折强度先减小后增大;2)随着热处理温度的增加,试样体积密度先增加后减小,显气孔率呈现出逐渐减小的趋势,常温耐压强度和常温抗折强度增加;3)当热处理温度为1 400 ℃,用后铁水包砖细颗粒全部取代碳化硅细颗粒时,试样综合性能最佳,其体积密度、显气孔率、常温耐压强度和常温抗折强度分别为2.37 g·cm^-3、14.3%、31.6 MPa和9.0 MPa,且1 000 ℃抗废旧锂电池破碎料侵蚀性能良好。

烧结温度对微量Al₂O₃添加Mg-PSZ陶瓷性能的影响

刘雨佳, 刘涛, 韩磊

2025, (3): 229-233. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.009

摘要 ( ) PDF (2758KB)( )

为了研究微量Al₂O₃添加对Mg-PSZ粉体烧结活性和陶瓷性能的影响,以ZrO₂、MgO和Al₂O₃为原料,固相烧结合成微量Al₂O₃添加的氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ)陶瓷试样,与未添加Al₂O₃的Mg-PSZ试样进行比较分析。研究烧结温度(1 000~1 700 ℃保温2 h,间隔100 ℃)对试样物相组成、显微结构、性能的影响。结果表明:1)随烧结温度的升高,2种试样中c-ZrO₂和t-ZrO₂相的含量均增加,离子电导率均增加,但未添加Al₂O₃的试样的体积密度增加,而添加Al₂O₃的试样的体积密度先增加后减小;2)添加Al₂O₃的试样的综合性能比未添加Al₂O₃的试样的好;3)添加Al₂O₃的试样经1 600 ℃烧后的综合性能最好。

废玻璃和高岭土制备泡沫陶瓷的研究

袁国栋, 何桂春, 江长松, 段奕龙, 付航, 张妤婕, 吴嘉慧

2025, (3): 234-238. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.010

摘要 ( ) PDF (1534KB)( )

为制备低成本兼具低吸水率和高抗压强度的泡沫陶瓷,以废玻璃为主要原料,高岭土为辅助原料,SiC为发泡剂,经混料、加压、烧结制备泡沫陶瓷。研究保温时间(0、20、40、60和80 min)、SiC掺量(加入质量分数分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%)和热处理温度(1 120、1 140、1 160、1 180和1 200 ℃)对泡沫陶瓷表观形貌、体积密度、吸水率和抗压强度的影响。结果表明:1)随着热处理温度和保温时间的不断增加,泡沫陶瓷的平均直径和吸水率先增大后减小,体积密度和抗压强度则是先减小后增大;2)增加SiC掺量会导致平均直径和吸水率增加,体积密度和抗压强度降低;3)当热处理温度为1 140 ℃、保温时间为40 min、SiC掺量为0.5%(w)时,试样的综合性能最佳,其体积密度为0.86 g·cm^-3,吸水率为0.5%,抗压强度为13.6 MPa。

六铝酸钙浇注料在轧钢加热炉中耐久性试验研究

丁翠娇, 白春雷, 降文庆, 罗巍, 员文杰

2025, (3): 239-243. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.011

摘要 ( ) PDF (2062KB)( )

六铝酸钙(CA₆)浇注料因其兼具优良的力学性能、抗侵蚀性和较低的热导率在高温工业的极端工况环境下有着广泛的应用前景。将不同造孔方式(颗粒堆积、发泡法和添加氧化铝空心球)的CA₆浇注料置于轧钢加热炉内随炉运行10个月,重点对比分析了其体积密度、显气孔率、强度和显微结构的变化。结果表明:不同造孔方式的CA₆浇注料在轧钢加热炉内服役10个月后,与在试验箱式炉内1 300 ℃保温3 h相比,其体积密度无明显差异,显气孔率均增大,其中增加最多的为颗粒堆积造孔试样;常温耐压强度均增加,其中增大幅度最大的为添加氧化铝空心球组(由99.5 MPa变为137 MPa);浇注料的平均孔径均有增大趋势,其中添加氧化铝空心球浇注料的孔径分布变化最小。

热风炉混风室浇注料的损毁分析

马世春, 韩俊华

2025, (3): 244-247. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.012

摘要 ( ) PDF (1602KB)( )

针对某铁厂热风炉混风室出口管道多处温度偏高的问题,对混风室拆除后的残衬进行取样,分析其化学组成、显微结构、物相组成、热膨胀性能及抗热震性。结果表明:衬体采用的是刚玉质浇注料,强度较高,耐磨性较好,能有效抵抗热风冲刷和CO侵蚀破坏,但抗热震性差,而且在高温下出现较大的热膨胀,内部出现了较大的热应力,使材料内部产生了裂纹,进而高温高压热风的窜漏造成钢壳温度上升。采取的措施有:由刚玉质浇注料改为刚玉-莫来石质浇注料;混风室施工分层浇注时,一定要在下层浇注料初凝之前浇注上层浇注料,保证两层间浇注料更好地融合;三岔口部位可由组合砖改为整体浇注刚玉-莫来石质浇注料。改进后,管壳表面温度已降至正常并稳定,修复效果较好,延长使用寿命5 a左右。

河南省耐火材料行业减污降碳面临形势及对策建议

齐丽彬, 邓华翔, 刘继珠, 程思佳

2025, (3): 248-252. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.013

摘要 ( ) PDF (1159KB)( )

为积极探索构建符合河南实际,满足发展要求的典型特色行业减污降碳路径,分析了河南省耐火材料行业布局、碳排放和主要大气污染物排放的现状,梳理了河南省耐火材料行业减污降碳面临的主要问题,提出了化解过剩产能与优化布局、探索建立产品碳足迹管理体系、推进大气污染深度治理、推动技术研发与创新、强化政策机制等减污降碳对策,以期为河南省耐火材料行业高质量发展提供参考。

高温合金熔炼用坩埚材料及其性能优化

欧阳李, 杨爽, 顾华志

2025, (3): 253-258. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.014

摘要 ( ) PDF (1035KB)( )

高温合金因其优异的力学性能和耐腐蚀性能,被广泛应用于航空航天、能源和汽车等多个重要领域。然而,高温合金的熔炼对坩埚材料的性能要求极高,需要其具备优良的抗热震性、出色的化学稳定性等优异性能。简述了高温合金的主要熔炼方法及坩埚材料的性能要求,介绍了各种常用的氧化物和非氧化物坩埚材料,重点探讨了包括材料成分改进、显微结构调整和表面涂层引入等坩埚性能优化的策略,期望能为新型高性能坩埚材料的设计与开发提供参考。

镁碳质耐火材料的损毁机制及性能研究进展

王圣博, 侯庆冬, 田吉, 罗旭东, 马北越, 李季佳, 满斯林

2025, (3): 259-265. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.015

摘要 ( ) PDF (1007KB)( )

综述了镁碳质耐火材料的损毁机制以及近年来低碳镁碳质耐火材料的性能研究进展,重点总结了影响低碳镁碳质耐火材料抗热震性、抗氧化性和抗渣侵蚀性的因素,并对低碳镁碳砖未来的发展方向进行了展望。

六方氮化硼粉体及纳米片合成方法及应用

黄宇灿, 沈佳杰, 关成志, 龙德武

2025, (3): 266-270. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.016

摘要 ( ) PDF (972KB)( )

六方氮化硼因其独特的六方片状结构而展现出了众多优异性能,应用领域十分丰富,如储氢材料、耐高温材料、固体润滑材料、催化载体材料、光电材料、导热材料等。目前六方氮化硼的制备方法很多,但每种制备方法都有各自的优劣性,基于此,综述了六方氮化硼粉体以及纳米片的各种制备方法,并且对六方氮化硼的应用前景进行了阐述。

铝硅系耐火材料抗还原性气体侵蚀研究进展

梁成凯, 王战民, 秦红彬, 陈天任

2025, (3): 271-276. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.03.017

摘要 ( ) PDF (990KB)( )

“双碳”目标下,氢冶金技术成为行业焦点,其中氢基竖炉直接还原法为主流工艺,其操作环境对耐火材料抗还原性气体侵蚀性能要求极高。铝硅系耐火材料因其优异的力学性能、抗侵蚀性等,被广泛应用于工作层与保温层,其适用性和蚀损机制也备受关注。为此,总结了铝硅系耐火材料在还原气氛下的热力学稳定性,阐述了影响还原反应的多种因素,分析讨论了铝硅系耐火材料在还原气氛下的演变机制,并对未来铝硅系耐火材料抗还原性气体侵蚀的研究方向进行了展望。