以致密刚玉、碳化硅等为主要原料,以w(SiO₂)=99.9%的亚微米SiO₂粉体(d₅₀=0.242 μm)为结合剂,制备了一种新型无水泥铁沟浇注料。研究了亚微米SiO₂粉体加入量(质量分数分别为3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%)对其性能的影响,并从亚微米SiO₂粉体的粒度分布、红外光谱等角度,分析探讨了亚微米SiO₂粉体的作用机制。结果表明:1)亚微米SiO₂粉体可以单独作为铁沟浇注料的结合剂制备出无水泥铁沟浇注料;2)相比传统铁沟浇注料,无水泥铁沟浇注料在加水量、高温抗折强度等方面取得突破性进展,亚微米SiO₂粉体的最佳加入量为4%~6%(w)。

以烧结镁砂、浮选镁砂、电熔镁铝尖晶石和煅烧Al₂O₃细粉为主要原料,以木质素磺酸钙为结合剂,经混练、成型、1 650 ℃烧成制备了方镁石-尖晶石砖,主要研究了以浮选镁砂颗粒替代普通烧结镁砂颗粒以及在此基础上外加不同量煅烧Al₂O₃细粉(质量分数分别为0、3%和5%)对方镁石-尖晶石砖性能的影响。结果表明:1)以浮选镁砂颗粒替代普通烧结镁砂颗粒制备的方镁石-尖晶石砖,显气孔率和常温耐压强度降低,体积密度、抗热震性、高温强度和高温韧性提高。2)在以浮选镁砂颗粒替代普通烧结镁砂颗粒制备的方镁石-尖晶石砖中,随着煅烧Al₂O₃细粉引入量的增多,显气孔率和常温耐压强度降低,体积密度、抗热震性、高温强度和高温韧性提高。

首先将质量分数为5%的ZrO₂溶胶、7%的Al₂O₃溶胶、3%的SiO₂溶胶作为浸渍试剂对核桃壳粉(WSP)浸渍处理。然后以α-Al₂O₃微粉为主原料,以处理后的WSP为造孔剂,制备了Al₂O₃多孔材料。研究了溶胶浸渍处理后WSP对多孔材料孔结构、热导率和力学性能的影响。结果表明,在Al₂O₃多孔材料的孔中可以清楚地观察到WSP的形变,这是优化陶瓷孔结构的重要因素。通过使用质量分数为3%的SiO₂溶胶浸渍处理的WSP,可以获得低热导率(200 ℃,0.297 W·m ^-1·K ^-1)和高耐压强度 (43.5 MPa)的Al₂O₃多孔材料,并在孔中发现了莫来石的交叉网络结构。

利用扫描电镜、X射线衍射仪等对碳化硅浇注料在1 000 ℃静态空气和纯水蒸气(参照ASTM C863—2000)中分别保温50、100、150 h的高温氧化行为进行了研究。结果表明:1)纯水蒸气氧化条件下,碳化硅浇注料的质量变化率和体积变化率均明显大于静态空气条件下的。2)和空气相比,水蒸气氧化对碳化硅浇注料的结构破坏更严重,可能是由于随时间的延长不能形成有效的保护膜,导致氧化反应持续进行;体积膨胀到一定程度,内部结构被破坏,最终导致材料开裂、剥落,失效。3)不同条件下碳化硅浇注料抗氧化性能差异可能和氢键对氧化膜的破坏有关。

以锆英石、硼酸和炭黑为原料,在流通氩气气氛中于1 500 ℃煅烧制备ZrB₂-ZrO₂-SiC复合粉体,研究了保温时间(分别为3、6和9 h)和添加剂AlF₃添加量(质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和 2.5%)对合成产物物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)将锆英石在流通氩气气氛中于1 500 ℃碳热还原可制备ZrB₂-ZrO₂-SiC复合粉体;ZrB₂、ZrO₂呈粒状,SiC呈纤维状。2)随着保温时间的延长,ZrB₂的量逐渐增多,m-ZrO₂和SiC的量均逐渐减少,非氧化物ZrB₂、SiC、ZrC的总量逐渐增多。3)与未添加AlF₃的试样相比,添加0.5%(w)AlF₃的试样中m-ZrO₂量显著减少,ZrB₂的量显著增多,SiC的量有所减少;但随着AlF₃添加量从0.5%(w)增加到2.5%(w),m-ZrO₂的量逐渐增多,ZrB₂的量逐渐减少,SiC的量变化不大;AlF₃的适宜添加量应为0.5%(w)。

研究了自蔓延燃烧合成Si₃N₄粉的氧化处理(在空气气氛中分别于400、600、800 ℃保温3 h)以及添加的分散剂种类(分别为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、木质素磺酸钙)对制备的Si₃N₄浆料的抗沉降性、ζ电位和黏度的影响。结果表明:1)在空气气氛中于800 ℃保温3 h氧化处理后,粉体中Si₂N₂O含量增多;用其制备的浆料的稳定性最好,ζ电位绝对值较大,黏度最小。2)以六偏磷酸钠作为分散剂制备的Si₃N₄浆料的稳定性较好,ζ电位绝对值最大,黏度最小。3)添加0.021%(w)六偏磷酸钠制备的Si₃N₄浆料的ζ电位绝对值最大,黏度较小。

为提高MgO-C耐火材料的寿命,以电熔镁砂(5~3、3~1、≤1、≤0.074 mm)、鳞片石墨(≤0.15 mm)、Si粉(≤0.044 mm)、Al粉(≤0.044 mm)、六铝酸钙(≤0.044 mm)为原料,以热固性酚醛树脂为结合剂,以 150 MPa 压力机压成型制备了MgO-C砖试样。试样经过1 200、1 400 ℃保温3 h埋碳处理,研究了六铝酸钙加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%)对MgO-C耐火材料性能的影响。结果表明:六铝酸钙加入量(w)为3%时,试样的常温物理性能和抗渣侵蚀性能最好。六铝酸钙的加入能促进高温下颗粒间的烧结反应,在耐火材料内部生成镁铝尖晶石,有利于提升材料的抗折强度和耐压强度;与熔渣反应生成复合尖晶石的同时,释放出Al₂O₃,增加液相熔渣的黏度,提高MgO-C耐火材料的抗侵蚀性能。

以高纯氧化镁粉体为主要原料,分别掺杂0、2%、4%、6%以及8%(w)的La₂O₃粉体,选用聚乙烯醇为结合剂,研究单轴压成型、等静压成型及不同煅烧温度(1 400、1 500以及1 600 ℃)对La₂O₃掺杂氧化镁陶瓷烧结性能、显微结构及抗热震性能的影响。结果表明:采用等静压成型,氧化镁粉体受到来自各方向大小一致的成型压力,并均匀地传递至各个方向,从而得到了更为致密的坯体,显著提高了氧化镁陶瓷的烧结性能。提高烧成温度,更有利于掺杂物La₂O₃与MgO形成置换型固溶体或发生晶格畸变,促进烧结,达到致密化。煅烧温度为1 600 ℃,La₂O₃掺杂量为4%(w)时,经等静压成型坯体最为致密,热震后裂纹细小。这是由于方镁石晶相间交界处的La₂O₃晶体改变了裂纹走向,阻挡和分散了部分能量和应力,减缓了裂纹的线性延伸。

为回收利用硅灰,将硅灰通过碳热还原法制备了SiC粉体。研究不添加切割废料时温度(1 550、1 650、1 750、1 850 ℃)对冶炼效果的影响。在较优冶炼温度基础上,研究了切割废料添加质量(分别为硅灰添加质量的5%、15%、25%、35%、50%)对制备碳化硅粉体的影响。结果表明:最佳冶炼温度为1 750 ℃,此时产物中SiC含量为92.47%(w);切割废料最优加入量为硅灰添加质量的25%,得到的产物中SiC含量为95.36%(w)。切割废料加入量为硅灰添加质量的25%时,显著提高了产物中SiC的纯度,对实现两种固废共同回收利用,环境保护以及解决资源浪费问题具有重要的意义。

以板状刚玉、电熔镁砂、α-Al₂O₃微粉和SiO₂微粉为主要原料,以铝酸钙水泥、SiO₂溶胶、Al₂O₃溶胶为结合剂制备了铝镁质喷补料,研究了结合剂种类对该喷补料性能的影响。结果表明:1)SiO₂溶胶结合铝镁质喷补料的烘后强度较高,并在高温下生成镁橄榄石,降低了喷补料的显气孔率。加入4%(w)SiO₂溶胶时,试样热震后的抗折强度保持率最高。2)Al₂O₃溶胶结合铝镁质喷补料中有层片状结构形成,其抗热震性能较好,但显气孔率较多,强度较低。

为了提高粉煤灰的资源化利用,在m(漂珠)∶m(氢氧化铝)∶m(V₂O₅)∶m(AlF₃)=45∶55∶4∶3的混合料中分别添加不同量(每100 g混合料分别添加0、5、10、20、30 g)的粉煤灰细粉,以PVA溶液为结合剂,经干料混匀、泥料搅拌、泥料陈腐、挤制成型、1 100 ℃保温2 h烧成制备莫来石试样,然后检测其致密度、强度、抗热震性,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:1)随着粉煤灰细粉添加量的增加,试样的总气孔率和开口气孔率逐渐减小,体积密度和耐压强度逐渐增大,闭口气孔率和抗热震性能呈先增大后减小的变化趋势。2)试样M10的综合性能最佳,开口气孔率为62.20%,闭口气孔率为13.45%,总气孔率为75.65%,体积密度为0.76 g·cm ^-3,耐压强度为16.7 MPa,热震后耐压强度为14.3 MPa,耐压强度保持率为85.63%。

使用R语言+WPS,综合运用数据透视表、相关分析、关联分析、聚类分析、主成分分析等数据分析工具,以及线性、决策树、随机森林、人工神经网络等模型及其评估方法研究了某碱性砖企业的烧成质量统计数据,利用上述工具研究了原因变量和中间变量的联系,找出了主要影响因素,从上述模型族中选出优胜者,研究了原因变量、中间变量和输出变量之间的关系。根据所发现的缺陷规律及其成因,进行了有的放矢的治理,取得了显著提高质量的成效。

对铁水包的异常侵蚀进行了调研,对铁水包用砖的性能、组成与结构进行分析。结果表明:1)铁水包包壁采用的铝碳化硅碳砖与包底用铝碳化硅碳砖不同,含较多的叶蜡石,Al₂O₃含量只有36.32%(w);体积密度、显气孔率、耐压强度均低于行业标准的要求;其抗氧化性差,使用过程中氧化形成多孔层,造成砖衬结构疏松,引起断砖、局部磨损及结构破坏;2)在废钢没有加热条件下,废钢熔化不彻底,造成包口、包底黏钢,黏渣,加剧了铁水包的破损;3)残砖与附渣反应形成低熔点物质,影响其高温性能。铁水包衬的耐火材料必须结合工艺条件的变化加以改进,而不完全是靠原料替代来降低成本。

以煤气化渣为主要原料制备烧结制品,通过干混料的综合差热分析和样坯的烧成收缩预试验,再根据以往经验,选取升温速率(A)、烧成温度(B)和保温时间(C)三个因素,并分别选取2、3、4 ℃·min ^-1,1 100、1 150 和1 200 ℃,2、4、6 h为因素水平,选取烧结制品的体积密度、吸水率、耐压强度和热导率为评价指标,按正交表L₉(3 ³)安排试验。结果表明:1)烧成制度各因素对烧结制品的耐压强度、体积密度和吸水率影响程度的大小顺序均为烧成温度>保温时间>升温速率,对热导率影响程度的大小顺序为烧成温度>升温速率>保温时间。2)经综合平衡考虑,最优试验方案为:升温速率2 ℃·min ^-1,烧成温度1 200 ℃,保温时间6 h。所得试样的体积密度为1.84 g·cm ^-3,耐压强度为112 MPa,吸水率为1.44%, 热导率为1.239 W·m ^-1·K ^-1。

以烧成碳化硅制品的5.42 m ³梭式窑为研究对象,使用ANSYS有限元分析软件对三种不同内衬配置的窑体的温度场和热损失进行了数值模拟计算和对比分析。结果表明:1)在窑体总厚度不变时,减小工作层厚度并同时增加保温层厚度能显著降低窑体的热损失;2)仅增加保温层厚度时,窑体的散热量减少而蓄热量增加,总的热损失基本不变;3)仅减小工作层厚度会降低蓄热损失,但是会提高窑体外表面温度,增加散热损失。经综合比较,在不改变窑体总厚度的前提下,减少工作层的厚度并同时增加保温层的厚度为最优节能方案,可以使窑体内衬材料的总热损失降低约8.1%,取得较好的节能效果。

对回收的w(SiO₂)<85%的低硅含量SiO₂微粉固废进行了不同温度(400、500、600、700、800、900和 1 000 ℃)保温5 h的热处理,并对热处理后的粉体进行了分析。结果表明:随着热处理温度升高,试样逐渐烧结。热处理温度低于800 ℃时,SiO₂微粉保持原有粒状、球状SiO₂颗粒团聚体结构。但热处理温度为500 ℃及以下时,团聚体强度较低。热处理温度800 ℃以上结块严重,并析出方石英相。热处理温度控制在600~800 ℃ 可制得具有一定强度,体积密度在0.73~0.95 g·cm ^-3的球壳结构的球状粉体,该粉体可以作为轻质原料用在低温保温浇注料,也可以作为其他行业填料。

反应烧结碳化硅具有优良的力学性能、抗侵蚀性能和抗氧化性能等优点,是一种高致密度、低成本和净尺寸成型的材料。但由于反应烧结法的特殊工艺,反应烧结碳化硅中常含有较多游离硅,严重损害了材料的高温性能。主要阐述了反应烧结碳化硅高温力学性能、抗氧化性能、导热性能和抗热震性能的研究现状,并总结了近年来降低游离硅含量、提高反应烧结碳化硅力学性能的主要措施,包括优化材料制备工艺、引入补强增韧相。并展望了反应烧结碳化硅未来的研究方向。

堇青石多孔陶瓷因具有高的孔隙率,优异的力学强度和良好的抗热震性能而被用作汽车尾气催化剂的载体材料。为此,综述了堇青石多孔陶瓷的制备方法和掺杂元素与其性能(孔结构、抗热震性和力学强度等)的相关性,同时指出了堇青石多孔陶瓷在制备过程中存在的问题,并展望了作为汽车尾气催化剂载体的堇青石多孔陶瓷未来的发展方向。

综述了白云石在耐火材料、镁冶炼等领域的广泛应用,指出了白云石未来所面临的挑战和深入研究的方向。