李鑫, 曹岳岐, 张强, 郭安然

2023, (6): 461-466. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.001

摘要 ( ) PDF (2081KB)( )

传统的成型技术已经无法满足各行业对高精度、复杂结构莫来石纤维基多孔陶瓷的需求,光固化3D打印技术可以直接制得近净尺寸的陶瓷材料,是制备复杂结构陶瓷的理想技术。以莫来石纤维(基体)和纳米SiO₂粉(高温黏结剂)为主要原料,采用光固化3D打印技术成功制备了莫来石纤维基多孔陶瓷。研究了纳米SiO₂粉加入量(加入质量分数分别为0、20%、27%、33%和38%)对纤维浆料的分散稳定性、流变特性和光敏性能的影响,以及对莫来石纤维基多孔陶瓷的显微结构和物理性能的影响。结果表明:SiO₂粉使纤维浆料的黏度显著提升,这有助于缓解纤维的沉降、团聚,获得均匀的打印浆料;但过量的SiO₂粉将导致浆料黏度过大,不利于3D打印过程顺利进行。当SiO₂粉加入量为33%(w)时,纤维浆料的性能最适合3D打印,其在1 h内的沉降率小于9.7%,黏度为3.95 Pa·s(剪切速率为30 s^-1);采用上述浆料打印的莫来石纤维基多孔陶瓷表现出最佳的物理性能(体积密度为0.56 g·cm^-3,显气孔率为72%,室温下的热导率为0.135 W·m^-1·K^-1)。

HIsmelt工艺熔融还原炉用耐火材料的抗侵蚀性研究

车连房, 史成龙, 付卫, 蔡国庆, 张晓序

2023, (6): 467-472. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.002

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为促进HIsmelt工艺的进一步发展和应用,根据HIsmelt工艺熔融还原炉(SRV)的特点,利用静态坩埚法对比研究了SRV渣在1 500 ℃下对铬刚玉砖、微孔刚玉-莫来石砖、刚玉-莫来石砖、刚玉-尖晶石砖的侵蚀。结果表明:1)铬刚玉砖抗SRV渣渗透侵蚀能力最强,因为FeO与铬刚玉砖中的Al₂O₃和Cr₂O₃反应生成高熔点物,抑制炉渣的渗透和侵蚀。2)微孔刚玉-莫来石砖中镁铝尖晶石与钙铝黄长石的生成在侵蚀层形成保护层,阻止SRV渣的渗透侵蚀,在3种无铬材料中,表现出最优的抗侵蚀性。3)刚玉-莫来石砖中由于大量钙长石的形成产生的缝隙造成渣的不断渗入,使得熔渣对砖的侵蚀较严重。4)刚玉-尖晶石砖中原位生成粒径小、活性高的尖晶石晶粒,能有效吸收熔渣中的铁离子形成镁铝铁复合尖晶石,阻挡SRV渣的侵蚀。

基于蓝晶石尾矿制备莫来石-高硅氧玻璃复相材料研究

王治峰, 李亚伟, 马淑龙, 任博, 孟令汉, 徐义彪, 桑绍柏

2023, (6): 473-478. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.003

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为高效资源化利用蓝晶石尾矿,以蓝晶石尾矿为原料,加黄糊精和水,压制成50 mm×50 mm的生坯,经1 400、1 500、1 600、1 650 ℃保温3 h热处理制备莫来石-高硅氧玻璃复相材料试样,借助XRD和SEM研究其抗碱侵蚀行为。结果发现:经1 400、1 500 ℃热处理后试样中高硅氧玻璃相含量低,气孔以开口气孔为主,抗碱侵蚀性较差;而1 600、1 650 ℃热处理后试样中形成较多的高硅氧玻璃相,气孔主要以闭口气孔为主,侵蚀仅发生在表面区域,抗碱侵蚀性与莫来石化后红柱石的相当,抗碱侵蚀性优异。

CA₆质耐火材料在水泥回转窑过渡带的应用及损毁机制

李斌, 刘杰, 朱波, 郭玉涛, 任博, 封吉圣, 陈俊红

2023, (6): 479-483. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.004

摘要 ( ) PDF (2148KB)( )

为探索CA₆质耐火材料在水泥回转窑过渡带上应用的可行性,制备了气孔率高达27.7%的CA₆质耐火材料,砌筑于日产5 000 t回转窑的过渡带。经过2个月的运转,残砖厚度为180~200 mm,抗侵蚀性较好,且该材料的保温效果非常显著,相比于砌筑镁铝尖晶石砖的筒体温度降低了40~80 ℃。分析其损毁机制认为:碱金属尽管可以与CA₆反应生成KAl₁₁O₁₇,但反应进程较慢,对材料损毁影响不大;CA₆质耐火材料的损毁除受到水泥物料的熔蚀外,大量沉积的KCl是导致其结构劣变的关键因素;CA₆质耐火材料可用于回转窑过渡带,但需要致密化。

不同粒径熔融石英的析晶行为研究

杨绍文, 王庆虎, 张晓伟, 徐义彪, 梁雄, 李亚伟

2023, (6): 484-490. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.005

摘要 ( ) PDF (3396KB)( )

为系统研究熔融石英陶瓷的析晶规律,以3种不同粒径(中位径分别为660.82、42.12、5.58 μm)熔融石英为原料,分别在1 250~1 400 ℃制备了熔融石英陶瓷,分别采用等温相变法和偏光显微技术分析了析晶动力学和析晶过程。结果表明:随着熔融石英粒径减小,熔融石英陶瓷的析晶活化能降低,析晶开始温度持续降低,析晶量快速增加,导致其生成的微裂纹数量更多、尺寸更大。分析认为,固相烧结过程中的物质扩散传质效率不同,粒径更小的熔融石英颗粒间可以更充分地发生Si—O键重排,更容易析晶。此外,熔融石英析晶表现为表面成核机制,即析晶开始于熔融石英颗粒边缘,并逐渐向内部扩散。

莫来石轻质骨料的制备及性能研究

刘鹏程, 茆忠军, 遇龙, 赵嘉亮, 谢志鹏

2023, (6): 491-494. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.006

摘要 ( ) PDF (1496KB)( )

以蓝晶石细粉为原料,核桃壳粉为造孔剂,硅溶胶为结合剂,制备了莫来石轻质骨料。研究了煅烧温度(分别为1 300、1 400、1 500、1 600 ℃,保温时间均为180 min)和保温时间(分别为60、120、180 min,煅烧温度均为1 500 ℃)对莫来石轻质骨料体积密度、显气孔率、烧后线变化率、物相组成和显微结构的影响。结果表明,在1 500 ℃保温60 min所得莫来石轻质骨料的综合性能最优,其体积密度为1.18 g·cm^-3,显气孔率为 59.8%,烧后线变化率为2.58%,莫来石相含量为86%(w)。

锂离子电池正极材料用莫来石溶胶结合匣钵材料的性能研究

鞠茂奇, 程水明, 夏昌勇, 梁永和, 丛培源, 聂建华

2023, (6): 495-499. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.007

摘要 ( ) PDF (1893KB)( )

为进一步提升锂离子电池正极材料用匣钵材料的性能,以莫来石(3~1、≤1 mm)、堇青石(≤1 mm)、镁铝尖晶石(≤0.088 mm)和刚玉(≤1 mm)等为主要原料,以莫来石溶胶为结合剂,在150 MPa的压力下压制成25 mm×25 mm×140 mm的试样,于110 ℃烘24 h,再经1 400 ℃保温3 h,制备了锂离子电池正极材料用匣钵试样。研究莫来石溶胶加入量(加入质量分数分别为0、3%、4%、5%、6%)对其性能的影响。结果表明:1)经110 ℃干燥24 h后的莫来石溶胶呈网络状结构,经1 000 ℃热处理后完全转化为莫来石相;2)当莫来石溶胶加入量为5%(w)时,试样具有较好的综合性能,其体积密度为2.83 g·cm^-3,显气孔率为14.6%,常温抗折强度为8.4 MPa,水冷5次后的常温强度保持率为79.8%。

干压成型-固相反应法制备MgAl₂O₄多孔陶瓷

朴佳思, 杜庆洋, 白佳海

2023, (6): 500-503. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.008

摘要 ( ) PDF (2043KB)( )

为了解决固相烧结法制备MgAl₂O₄多孔陶瓷过程中体积膨胀导致性能下降的问题,以d₅₀=1.1 μm的Al₂O₃和d₅₀=1.5 μm的MgO为主要原料,d₅₀=1.5 μm的TiO₂为外加剂,用干压成型-固相反应法制备MgAl₂O₄多孔陶瓷。研究了热处理温度(1 300、1 350、1 400、1 450、1 500 ℃)和TiO₂外加量(质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对多孔陶瓷烧后线变化率、显气孔率、体积密度、物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)随着热处理温度的升高, MgAl₂O₄多孔陶瓷的致密化程度提高,体积密度增大,显气孔率降低;2)随着TiO₂外加量的增加,MgAl₂O₄多孔陶瓷的烧后线收缩率增大,显气孔率显著降低,平均晶粒尺寸增大。

钛白粉回转窑用耐火材料的配置及应用

王明刚, 车连房, 史成龙, 袁宏伟, 刘永振

2023, (6): 504-507. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.009

摘要 ( ) PDF (960KB)( )

从有利于节能降耗、轻量化、长寿高效的角度出发,针对钛白粉回转窑用耐火材料存在的问题,提出了低导热复合砖、高强耐酸砖、抗剥落黏土砖和莫来石-红柱石砖等耐火材料在回转窑中的配置方案,介绍了应用效果,提供了选材和使用依据。

锆英石加入量对低碳镁碳砖抗剥落性能的影响

郑俊国, 赵伟, 黄奥, 顾华志, 孙春晖颜浩, 刘靖轩, 赵现堂

2023, (6): 508-513. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.010

摘要 ( ) PDF (2097KB)( )

为了提高VOD钢包用低碳镁碳砖的抗剥落性能,以粒度为5~3、3~1、＜1和＜0.088 mm的电熔镁砂,粒度＜0.15 mm的天然鳞片石墨,粒度＜0.045 mm的金属铝粉和粒度＜0.05 mm的锆英石粉为主要原料,热固性酚醛树脂为结合剂,制备了低碳镁碳砖,研究了锆英石加入量(加入质量分数分别为0、1%、2%、5%)对低碳镁碳砖抗剥落性能的影响。结果表明:1)添加1%(w)锆英石试样的高温抗折强度、抗热震性、抗氧化性及抗渣性均达到最大,说明锆英石的加入有助于提高低碳镁碳砖的抗剥落性能。2)添加锆英石的试样经1 400 ℃埋碳加热0.5 h后,基质中有针状、连续片状空间结构的阿隆(AlON)以及片状氧化铝-氧化锆复合物生成,且通过钉扎增韧以及颗粒增韧提高了高温力学性能和抗热震性。3)加入过量的锆英石会导致氧化锆生成量明显增加,其高温下的体积变化使基质中微裂纹聚集,造成试样的抗剥落性能大幅下降。

以微孔刚玉-尖晶石骨料替代刚玉骨料制备刚玉-尖晶石浇注料

刘学新, 张锦化, 陈鑫铭, 王景然, 杨宗源, 韩兵强, 柯昌明

2023, (6): 514-517. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.011

摘要 ( ) PDF (1334KB)( )

为提高钢包工作衬用刚玉-尖晶石浇注料的保温性能,以微孔刚玉-尖晶石骨料部分或全部替代同粒级的烧结刚玉骨料,制备了刚玉-尖晶石浇注料,对比研究了不同骨料对浇注料的体积密度、气孔率、力学强度、热导率、抗渣性等的影响。结果表明:采用微孔刚玉-尖晶石骨料部分或全部替代同粒级的烧结刚玉骨料制备的刚玉-尖晶石浇注料,其体积密度和热导率均明显降低,抗渣性能与传统烧结刚玉骨料制备的浇注料相当。将其用于钢包工作衬,有助于钢包减重,提高钢包保温性能。

玻璃窑炉用新型氧化锆基复合材料性能研究

梁新星, 高玉莹, 叶航, 马成良, 刘小钢, 范崇方, 徐恩霞

2023, (6): 518-522. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.012

摘要 ( ) PDF (2139KB)( )

为了给玻璃窑熔池提供一种综合性能优良的材料,按m(ZrO₂)∶ m(Al₂O₃)=4∶1将ZrO₂粉和Al₂O₃粉充分混合后在电弧炉内熔融,再将得到的电熔氧化锆-刚玉共晶料加工成不同粒度,随后按一定的颗粒级配配料并混合均匀,压制成型后在1 750 ℃下烧结,制备了新型氧化锆基复合材料,分析了物相组成和显微结构等性能,并与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖进行了抗玻璃液侵蚀性对比。结果表明:新型氧化锆基复合材料结构致密,且化学纯度高、组分无低熔点物,具有良好的抗热震性。与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖相比,新型氧化锆基复合材料被高温玻璃液侵蚀后未见孔洞,无针状气孔及缺陷,无液相渗入,与玻璃液没有发生反应,具有良好的抗玻璃液侵蚀性能。

铝酸盐水泥对硅溶胶结合刚玉质浇注料结构与性能的影响

丁宇航, 刘会永, 丛培源, 蔡玮, 项冰, 夏昌勇

2023, (6): 523-527. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.013

摘要 ( ) PDF (2069KB)( )

结合铝酸盐水泥与硅溶胶各自的优势来改善浇注料的力学性能是一种既廉价又简便的优化策略。以棕刚玉、致密刚玉等为主要原料,硅溶胶和铝酸盐水泥为结合剂,制备了刚玉质浇注料,研究了铝酸盐水泥加入量(加入质量分数分别为0、1%、2%、3%和4%)对硅溶胶结合刚玉质浇注料的影响。结果表明,铝酸盐水泥水化促进了硅溶胶的凝聚缩合反应,同时形成Si—O—Ca、Si—O—Al化学键,加快形成稳定的三维网络结构。随着铝酸盐水泥加入量的增加,试样经110 ℃养护后的常温强度增大,经1 100、1 400 ℃热处理后的常温强度先升高后降低,经1 400 ℃热处理后的高温抗折强度迅速下降,热震后的常温抗折强度先升高后小幅下降,强度保持率则逐渐增加。添加1%(w)铝酸盐水泥的硅溶胶结合浇注料试样的综合性能最佳。

活性MgO和铝酸钙水泥结合刚玉-尖晶石浇注料性能对比

赵宗强, 张洪睿, 陈留刚

2023, (6): 528-530. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.014

摘要 ( ) PDF (1373KB)( )

为改善刚玉-尖晶石浇注料的性能,以板状刚玉、活性氧化铝、烧结镁砂细粉为主要原料,分别以活性MgO和铝酸钙水泥(CAC)为结合剂制备了刚玉-尖晶石浇注料,对比了二者对1 600 ℃煅烧3 h后试样的显气孔率、烧后线变化率、常温抗折强度、常温耐压强度和抗CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃-SiO₂(CAFS)渣侵蚀性能的影响。结果表明:经1 600 ℃热处理后,与CAC结合的刚玉-尖晶石浇注料相比,活性MgO结合的刚玉-尖晶石浇注料的常温抗折强度和常温耐压强度较低,但其体积稳定性、对CAFS渣的抗侵蚀性和抗渗透性显著提高。

碳化硼复合陶瓷增强增韧研究进展

姚万凯, 方斌祥, 李享成, 陈平安, 朱颖丽, 朱伯铨

2023, (6): 531-537. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.015

摘要 ( ) PDF (957KB)( )

碳化硼(B₄C)复合陶瓷因高强度而被广泛应用于装甲和刀具等。但因烧结性能差,断裂韧性低,限制了广泛应用。综述了氧化物、碳化物、硼化物及其他增强相对B₄C复合陶瓷力学性能的影响,探讨了降低B₄C烧结温度,提高其强度和韧性的机制和途径。其中,过渡金属硼化物(如TiB₂等)通过颗粒增韧,热膨胀系数的差异导致的裂纹偏转、桥接,增强相的拔出等机制可以大幅度提高B₄C复合陶瓷的强度和韧性,是目前最有效的增强增韧途径。

危废处理焚烧炉内衬用耐火材料研究进展

丁嘉辉, 张利新, 邓俊杰, 刘萍, 徐恩霞, 李素平

2023, (6): 538-541. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.016

摘要 ( ) PDF (894KB)( )

对常用的危险废弃物焚烧炉内衬用耐火材料的种类进行了综述,指出不同工作环境使用的内衬耐火材料主要有刚玉质、碳化硅质、莫来石质、黏土质、铬刚玉质、刚玉-碳化硅质、刚玉-莫来石质、镁铝质等,总结了内衬耐火材料损毁的机制,包括机械磨损、热剥落和化学侵蚀,并对危废焚烧炉内衬用耐火材料的发展方向进行了展望。

废旧耐火材料用作钢铁冶金熔剂的研究进展

余吴明, 慕鑫, 杜传明, 马北越, 于景坤

2023, (6): 542-545. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.017

摘要 ( ) PDF (955KB)( )

总结了废旧耐火材料的利用现状,介绍了国外先进钢铁企业废旧耐火材料资源化利用的情况,即废旧MgO质耐火材料代替轻烧白云石用作炼钢熔剂,废旧Al₂O₃质耐火材料代替铝矾土用作精炼熔剂,最后展望了废旧耐火材料资源化利用的发展和研究方向。

剥离法制备石墨烯的研究进展

吕俊毅, 李亚格, 蔡伟杰, 李韬, 许晴, 张海军

2023, (6): 546-552. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.06.019

摘要 ( ) PDF (938KB)( )

石墨烯具有载流子迁移率高、热导率大、比表面积大等优点,被广泛应用在光学、电学、材料学以及生物医学等领域。当前,寻求一种低成本、高效率且可大规模工业化生产石墨烯的方法仍然是一个挑战。从剥离机制出发,综述了机械剥离法和液相剥离法制备石墨烯的研究现状,总结了这两种方法的优点及存在的主要问题,并对石墨烯剥离制备技术的发展方向进行了展望。

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