耐火材料

闫明伟, 陈子健, 孙广超, 叶树峰, 刘开琪

2025, (4): 277-282. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.001

从低碳经济角度出发,将金属铝粉防氧化剂以原料形式引入镁碳材料,探究高温氮气下金属铝粉对低碳镁碳材料物相组成与显微结构的影响,以期制备可适用于炼钢炉底吹工艺的低碳镁碳供气元件。以电熔镁砂、鳞片石墨和金属铝粉(加入质量分数分别为5%、8%和12%)为原料,酚醛树脂为结合剂,制备了低碳镁碳供气元件试样,借助XRD、SEM和EDS手段表征和分析了氮气热处理后(热处理温度分别为1 300、1 400、1 500和1 600 ℃)试样的物相组成和显微结构。结果表明:金属铝被用作原料时,镁碳试样呈现了不同于传统镁碳材料的物相演变,并且金属铝与石墨含量的变化促使镁砂颗粒表面的改性物相不同。在石墨加入量为15%(w)、金属铝粉加入量为5%(w)的镁碳试样中,镁砂颗粒表面改性相为掺杂铝元素的立方氧化镁晶体;当金属铝粉加入量增加至8%(w)及以上时,Al₇C₃N₃消失,Al₆O₃N₄出现,且Al₆O₃N₄的生成温度高于1 400 ℃;在石墨加入量为5%(w)且金属铝加入量为8%~12%(w)的镁碳试样中,镁砂颗粒表面改性物相为含有N元素的镁铝尖晶石固溶体(MgAlON)。

短切玻璃纤维对硅溶胶结合刚玉质浇注料性能的影响

丁宇航, 刘会永, 魏建修, 熊继全, 项冰, 夏昌勇

2025, (4): 283-288. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.002

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提高硅溶胶结合刚玉质浇注料生坯的机械强度和抗热震性能对于促进其大规模应用具有重要意义。以棕刚玉、致密刚玉粉、α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉为主要原料,硅溶胶为结合剂,制备硅溶胶结合刚玉质浇注料。研究了不同短切玻璃纤维外加量(外加质量分数分别为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%)对该浇注料性能的影响。结果表明:随着纤维外加量的增加,试样的常温抗折强度、常温耐压强度和高温抗折强度先增大后减小,110 ℃干燥后,外加0.4%(w)纤维试样的常温抗折与耐压强度达到9.1和27.4 MPa,相比于未添加纤维的试样分别提高了80.4%和41.2%,这是由于加入的纤维与硅溶胶凝胶界面结合形成了受力骨架,强化了基质与骨料的连接;同时,在受到外加应力时,纤维可以有效地分担载荷并阻止裂纹的扩展,使强度提高。此外,外加 0.4%(w)纤维的试样热震前后常温抗折强度最高,抗折强度保持率相比于未加入纤维的试样提升了16.1%。综上,外加0.4%(w)纤维试样的综合性能最佳。

大气等离子喷涂纳米粉体热障涂层及其抗热震性能研究

张松婷, 赵世贤, 李虹屿, 李红霞, 司瑶晨, 李凌锋, 刘广华

2025, (4): 289-296. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.003

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基于超音速火焰喷涂的NiCoCrAlYTa黏结层,采用大气等离子喷涂技术制备纳米8%(w)氧化钇部分稳定氧化锆陶瓷层,探索热障涂层结构中团聚纳米颗粒的调控方式及其对涂层性能的影响。通过调整喷涂距离、基体温度和枪移动速度来实现涂层的结构调控,借助Image J分析孔隙率和未熔区域相对含量,采用对偶拉伸法和水淬法分别评价了NiCoCrAlYTa+YSZ涂层的结合强度和抗热震性能。结果表明,当送粉量为25 g·min^-1,喷涂距离为115 mm,枪移动速度为500 mm·s^-1,基体温度调控为200～300 ℃时,涂层能够获得高含量的未熔颗粒团聚体和合适的孔隙率。虽然该工艺下所获得的涂层结合强度最低,约为26.8 MPa,但抗水冷热震性能最佳,表面失效面积为20%时循环寿命可达到43次。

乳酸镁和葡萄糖酸镁对轻烧MgO水化行为的影响

周晶, 王周福, 刘浩, 马妍, 夏忠锋, 全正煌, 邓承继

2025, (4): 297-301. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.004

摘要 ( ) PDF (1951KB)( )

为优化轻烧氧化镁的水化行为,以轻烧氧化镁为原料,乳酸镁和葡萄糖酸镁为调凝剂,通过对轻烧MgO的水化程度、水化热和低场核磁共振氢谱(¹H-NMR)进行表征,研究2种调凝剂(乳酸镁、葡萄糖酸镁)对轻烧MgO凝结时间及水化产物显微形貌的影响。结果表明:相对于乳酸镁,葡萄糖酸镁对轻烧MgO水化、硬化行为和水化产物显微形貌的影响更为明显;引入3%(w)乳酸镁水化50 h累计放热量约为400 J·g^-1,初凝时间为15 min,水化产物晶体形貌呈薄片花瓣状;引入3%(w)葡萄糖酸镁水化50 h累计放热量约为300 J·g^-1,初凝时间延长至45 min,水化产物晶体形貌呈六方板形或四方双锥形。

Y₂O₃添加量对低碳镁碳质耐火材料性能的影响

韩东序, 佘亚锋, 张志成

2025, (4): 302-306. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.005

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为了改善低碳镁碳质耐火材料的常温使用性能,以电熔镁砂、鳞片石墨和金属铝粉为原料,Y₂O₃为添加剂,酚醛树脂为结合剂,在氩气气氛中经1 700 ℃保温3 h热处理制备了低碳镁碳耐火材料。研究了Y₂O₃的添加量(添加质量分数分别为0、0.2%、0.5%、1%、1.2%和1.5%)对低碳镁碳材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:1)引入的Y₂O₃可以和基质中的SiO₂和Al₂O₃反应生成稀土化合物,并在烧结过程中充当晶粒间的结合物或者填充在颗粒间的缝隙中,提升材料的致密性,进而提高其力学性能。2) 当Y₂O₃的添加量为0.2%(w)时,试样的综合性能最佳,其体积密度、显气孔率和常温抗折强度分别为2.83 g·cm^-3、9.92%和 6.98 MPa,抗热震性良好。

Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体的晶体结构优化和杨氏模量的高通量智能计算

李传浩, 曹喜营, 杨小渝, 冯海霞

2025, (4): 307-310. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.006

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为探索高通量智能计算在耐火材料领域中的应用,针对铬刚玉耐火原料,选取Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体体系作为研究对象,采用高通量智能计算和机器学习方法,探讨了Cr₂O₃取代浓度对固溶体晶格常数和杨氏模量的影响。计算结果表明,随Cr₂O₃取代浓度的增加,Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体杨氏模量整体呈下降趋势,但在70%~90%(x)的高Cr₂O₃取代浓度下,固溶体的杨氏模量略低于纯Cr₂O₃的。此外,还直接计算了Al₂O₃-5%(x)Cr₂O₃固溶体的杨氏模量,并将其与机器学习模型预测值进行了对比,发现二者相差不大,说明了通过高通量智能计算和数据挖掘技术的结合来得到材料性能和组分的映射关系的可行性。

锂离子电池正极材料用CA₆匣钵的改性研究

姚丽君, 王官煜, 尹致远, 王志鹏, 温天朋

2025, (4): 311-316. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.007

摘要 ( ) PDF (2405KB)( )

锂离子电池正极材料用匣钵材料易被含锂正极材料腐蚀,进而导致匣钵材料损毁,降低其使用寿命。为改善锂离子电池正极材料用匣钵材料的服役性能,提出以La₂O₃掺杂改性后的CA₆为锂离子电池正极材料烧成用匣钵材料,研究La₂O₃掺杂(外加质量分数分别为0、1.0%、2.0%、3.0%、和4.0%)对CA₆材料体积密度、显气孔率等性能以及物相组成、显微结构演变特征的影响,并考察LiMn₂O₄正极材料在CA₆匣钵表面的侵蚀行为和机制。结果表明:La³⁺以间隙型缺陷的形式进入晶格,同时形成氧空位缺陷,使晶体结构由板条状向六方柱状等轴态发展,致密化程度和力学性能提高。当La₂O₃掺杂量为4.0%(w)时,体积密度升高至3.14 g·cm^-3,显气孔率降低至12.0%。由于La₂O₃改性后的CA₆致密度的提升,其作为匣钵材料时可减少Li⁺向材料内部渗透,使材料具备良好的抗侵蚀性能。

镁砂原料对MgO-MgAl₂O₄-ZrO₂耐火材料性能的影响

王玉静, 薄钧, 孙红刚, 司瑶晨, 白文献, 程远

2025, (4): 317-322. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.008

摘要 ( ) PDF (2211KB)( )

为提高MgO-MgAl₂O₄-ZrO₂耐火材料性能,分别以不同镁砂原料为骨料,以分析纯MgO细粉、α-Al₂O₃微粉、尖晶石细粉及单斜氧化锆微粉为基质,经1 650 ℃保温3 h热处理制备MgO-MgAl₂O₄-ZrO₂耐火材料。研究了不同镁砂原料(97烧结镁砂、97电熔镁砂、99卤水镁砂)对试样力学性能、物相组成及显微结构的影响。结果表明:1)97烧结镁砂和97电熔镁砂中CaO、SiO₂等杂质含量高,并在1 650 ℃产生液相,促进材料烧结,使试样致密化程度高,但高温性能降低。2)97烧结镁砂原料较97电熔镁砂气孔率高、晶粒小、活性高,导致材料的线收缩率过大;99卤水镁砂原料纯度高、晶粒小、气孔率高,具有较大的比表面积和反应活性,与基质反应可生成更多的原位尖晶石,降低烧成收缩,且阻止裂纹扩展,提高了材料的高温力学性能。3)以99卤水镁砂为原料,试样体积密度为3.04 g·cm^-3,显气孔率为17.8%,常温抗折强度为7.4 MPa,线收缩率为0.73%,高温抗折强度(1 400 ℃保温0.5 h)为7.1 MPa,抗热震性良好,综合性能最佳。

废高铝球粉对莫来石-氧化铝-石英复相材料性能的影响

吕振飞, 范梦可, 曹钰坤, 李熹虎, 柯洋慧, 张学佳, 王学凯, 沈秀琳, 张晓光

2025, (4): 323-329. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.009

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为实现废电瓷的综合化利用,采用1~0.3、0.3~0.125、≤0.074 mm的废电瓷为主要原料,以废高铝球粉和高岭土为外加剂,水玻璃为结合剂,制备了莫来石-氧化铝-石英复相材料。研究热处理温度(1 200、1 250、1 300和1 350 ℃保温3 h)和废高铝球粉添加量(添加质量分数分别为0、10%、20%、30%)对材料性能的影响。结果表明:1)随着热处理温度的升高,试样的体积密度、常温抗折强度和耐压强度先上升后降低;2)随着废高铝球粉添加量的增加,试样的体积密度逐渐降低,常温抗折强度和耐压强度先上升后降低;3)添加20%(w)废高铝球粉的试样经1 300 ℃热处理后综合性能相对良好,其主要物相为莫来石和α-Al₂O₃,常温抗折强度和耐压强度分别为66.3和216 MPa。

含纳米CaCO₃的刚玉-尖晶石浇注料显微结构及抗热震性能的研究

谭丹, 王景然, 张锦化, 倪月娥, 韩兵强

2025, (4): 330-336. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.010

摘要 ( ) PDF (2466KB)( )

以烧结刚玉、α-Al₂O₃微粉、90MA尖晶石微粉、铝酸钙水泥、电熔镁砂细粉为原料制备刚玉-尖晶石浇注料,经1 100、1 600 ℃保温3 h热处理。研究了纳米CaCO₃外加量(外加质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)对刚玉-尖晶石浇注料显微结构、力学性能及抗热震性能的影响。结果表明:在保持各组浇注料流动性一致的情况下,随着纳米CaCO₃加入量的增加,浇注料用水量逐渐增加,显气孔率逐渐增大,体积密度逐渐降低。纳米CaCO₃受热分解后与基质中Al₂O₃原位反应生成CA₂和CA₆等铝酸钙相,能够提高浇注料经1 100 ℃热处理后的常温抗折强度和耐压强度,但经1 600 ℃热处理后的常温抗折和耐压强度逐渐降低。添加纳米CaCO₃能够改善浇注料的抗热震性能,纳米CaCO₃最佳外加量(w)为1.5%。

石墨烯滑板涂料的制备及性能研究

阮国智, 张智慧, 张兰芹

2025, (4): 337-339. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.011

摘要 ( ) PDF (1075KB)( )

为了改善滑板涂料的黏度、附着性和抗氧化性,提高滑板的连浇率,以石墨烯粉体、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮、乳化剂(OP-10)、B₄C为主要原料,通过球磨工艺,制备了石墨烯滑板涂料。研究了球磨时间(12、24、36、48和60 h)对石墨烯滑板涂料的黏度、涂刷性能、阴干速度、抗氧化性等性能的影响。结果表明:随着球磨时间的增加,石墨烯滑板涂料的黏度逐渐增加,涂刷性能先提升后降低,球磨时间为36 h的涂料涂刷性能最佳;随着球磨时间的增加,石墨烯滑板涂料的抗氧化性能表现为先升高后降低,球磨时间为36 h的石墨烯滑板涂料抗氧化性能最佳;与其他两种国产滑板涂料相比,石墨烯滑板涂料在高温抗氧化性能方面具有明显优势。

连铸用尖晶石-碳质塞棒棒头性能研究与工艺优化

方文吉, 潘磊, 高陟, 王作创, 杨勤, 马北越

2025, (4): 340-344. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.012

摘要 ( ) PDF (1423KB)( )

塞棒作为连铸中重要的控流元件,在冶炼高氧、高锰钢时,铝碳棒头常因抗侵蚀性、抗热震性和抗氧化性能差而损坏,从而导致塞棒控流失效。以电熔镁铝尖晶石、鳞片石墨、单质Si粉、SiC粉为主要原料,粉状酚醛树脂为结合剂,工业酒精为溶剂,制备了塞棒棒头材料。研究了树脂(加入质量分数分别为6%、7%、8%和9%)、SiC粉(加入质量分数分别为1%、2%、3%、5%和8%)对塞棒棒头性能的影响,并对棒头结构进行工艺优化。研究表明,当树脂加入量为7%(w)时,材料致密化程度最高,密度为2.65 g·cm^-3,材料的常温和高温力学性能最优,耐压强度、抗折强度和高温抗折强度分别为41、14.3、7.3 MPa;在此基础上,当加入3%(w)的SiC粉时,在保证材料力学性能的前提下,可提高塞棒棒头的抗热震性能和抗氧化能力;另外,通过结构工艺优化改变棒头与本体的接触面积,从而提高棒头断裂表面能,减少掉头现象的发生,提高了塞棒的可靠性。

耐火材料科技创新的思考与探索

顾华志

2025, (4): 345-353. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.013

摘要 ( ) PDF (3135KB)( )

耐火材料作为钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷、化工、机械、电力及国防等行业高温生产过程的核心基础材料,直接关系到各领域生产运行稳定性与技术革新进程。但当前面临原料资源约束、工艺技术瓶颈及智能化转型滞后等多重挑战。为突破发展困局,立足科技创新视角,提出以多元化市场需求为导向,深度挖掘原料矿物特性优势,加速推进“人工智能+耐火材料”融合转型,并强化原始创新能力建设。通过系列理论研究与实践探索,已在实验室阶段取得初步成果,为耐火材料行业高质量发展提供新路径与参考依据。

一维/二维镁铝尖晶石制备方法的研究进展

胡燕秋, 邢一丹, 钟巧芳, 屈超, 黄亮, 张海军

2025, (4): 354-360. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.014

摘要 ( ) PDF (959KB)( )

镁铝尖晶石具有化学性质稳定、热膨胀系数低、抗侵蚀性优良、抗热震性好等特点,在耐火材料、透明陶瓷和催化剂载体等领域有着广泛的应用前景。综述了近年来国内外一维/二维镁铝尖晶石的制备方法,包括气-液-固法、气-固法、液相法、高温固相模板法、熔盐法和溶胶-凝胶法等,总结了上述方法的优点及当前存在的主要问题,并对一维/二维镁铝尖晶石制备方法的发展进行了展望。

SiC陶瓷制备技术研究进展

刘悦, 丁国强, 刘泽领, 程诗淇, 冯东, 茹红强, 罗旭东, 游杰刚

2025, (4): 361-368. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.04.015

摘要 ( ) PDF (974KB)( )

SiC在无烧结助剂的作用下,即使经过高温烧结也很难获得致密材料。本文中综述了SiC陶瓷材料烧结工艺特点和目前研究进展,并讨论了SiC陶瓷材料的烧结助剂种类及助烧机制,指出了高性能SiC陶瓷材料制备的局限性,并对未来发展方向进行了展望。