借助于高分辨力仪器研究了方镁石、刚玉、尖晶石和莫来石在不同条件下晶体生长现象,表征了晶体的特异形貌。立方晶系的方镁石和尖晶石自形晶为典型的立方体和正八面体,亦可构成任何其他形状,如连晶化和台阶生长,皆由析晶环境限定。莫来石属斜方晶系,具有长柱状结晶习性,但自形发展常受到环境限制,只有当存在一定液相时析晶(或刚玉与液相发生包晶反应)而呈柱状结晶。莫来石与刚玉组合可以简单共生或以包晶反应形式存在。

以La₂O₃粉、Al₂O₃粉、Cr₂O₃粉、Fe₂O₃粉为原料,按照LaAl_1-x-yCr_xFe_yO₃(x=y=0,0.1,0.2,0.25)的化学计量比配料,依次经球磨、烘干、在1 200 ℃预烧、再球磨、成型、1 600 ℃保温2 h烧结后,制备了Cr³⁺-Fe³⁺共掺杂铝酸镧材料,然后利用XRD、XPS、IR等手段进行分析表征。结果表明:掺杂后产物均为钙钛矿结构化合物。Cr³⁺-Fe³⁺共掺杂试样在近红外波段的辐射性较未掺杂的LaAlO₃大幅提高,试样LaAl_0.5Cr_0.25Fe_0.25O₃在0.76~2.5 μm波段的红外发射率从0.236提高到0.83。红外发射率提高的机制在于:Cr ³⁺-Fe³⁺共掺杂后形成了跃迁激活能仅为0.1 eV的Fe³⁺$\leftrightarrow$Fe⁴⁺小极化子,并且带隙中引入了对应于Cr⁵⁺和Cr⁶⁺的杂质能级,增强了杂质吸收和自由载流子吸收,从而提高了材料在近红外的发射率。

匣钵在煅烧制备三元正极材料LiNi_xCo_yMn_zO₂(LNCM)过程中易遭受电池正极材料中Li₂O等的渗透侵蚀,而镁铝尖晶石具有良好的高温性能和抗碱侵蚀性能。通过实验室混合反应法研究了镁铝尖晶石与LNCM正极材料前驱体混合试样在800~1 100 ℃的反应,对不同温度煅烧后混合试样的物相组成和微观结构进行了分析。探究了镁铝尖晶石作为匣钵基质的可能性。研究了加入不同质量分数(3%、6%和9%)镁铝尖晶石细粉对匣钵材料强度及抗热震性能的影响。结果表明:含镁铝尖晶石细粉的匣钵适用煅烧温度低于1 000 ℃的LNCM正极材料的制备,加入量为6%(w)时,能够提高莫来石质匣钵材料的抗热震性能。

以金属Al粉、电熔镁砂和电熔棕刚玉为原料,热固性酚醛树脂为结合剂,制备了Al-MgO-Al₂O₃耐火材料试样。在空气条件下以两种升温制度对其进行热处理:1)直接升温至1 500 ℃保温2 h;2)先升温至580 ℃保温2 h后再升温至1 500 ℃保温2 h。利用XRD、SEM等探究了升温制度对材料相组成及显微结构的影响。结果表明:1)直接升温至1 500 ℃热处理后,材料中生成的非氧化物相主要为Al₄O₄C;2)580 ℃保温2 h有利于金属铝在高温下以Al₂O(g)的形式参与反应,进而使材料中生成(Al₂OC)_x(AlN)_1-x纤维;3)先580 ℃保温再 1 500 ℃热处理后材料中形成了以镁铝尖晶石和(Al₂OC)_x(AlN)_1-x纤维为主成分的致密层。

以二级铝矾土细粉为主要原料,陶粒支撑剂废品细粉为辅助原料,同时添加0~4%(w)的铝酸钙水泥(CA50),经制粒成球、干燥、烧成等制成压裂支撑剂试样。考察了CA50加入量对支撑剂试样体积密度、破碎率、酸溶解度等性能的影响,并进行了XRD、SEM、EDS分析。结果表明:1)烧成试样中未检测到莫来石,主要由刚玉、铁铝钛酸盐固溶体(FeAlTiO₅)、钙长石和玻璃相组成;且随着CA50加入量的增加,刚玉相和FeAlTiO₅逐渐减少,钙长石相和玻璃相逐渐增多。2)随着CA50加入量的增加,烧成试样的体积密度和抗破碎能力呈先增大后减小的变化趋势,添加3%(w)的CA50时最大。3)随着CA50加入量的增加,烧成试样的酸溶解度逐渐增大,表明其抵抗酸溶液侵蚀的能力持续下降。

以纤维增强SiO₂气凝胶为研究对象,采用石英灯红外辐射加热,将样品热面置于650 ℃的环境下保温4 h,研究了重复使用(10、20、30次)对材料隔热性能的影响并分析了相关机制。结果表明:随着重复使用次数的增加,纤维增强SiO₂气凝胶隔热性能发生衰减。重复使用10次,冷面温度为106 ℃;重复使用30次,冷面温度已经升高至124 ℃。通过对样品的显微结构、组成、孔结构和比表面积等分析发现:在冷热重复使用过程中,SiO₂气凝胶纳米颗粒会因烧结而长大,材料比表面积和总孔体积明显降低,这是导致隔热性能随着重复使用次数增加而发生衰减的主要原因。

对比了危废处置回转窑用几种典型耐火材料铬锆刚玉50砖、铬锆刚玉30砖、铬刚玉砖、高铝砖、刚玉莫来石砖和铝铬碳化硅砖分别在1 100和1 300 ℃的抗熔渣侵蚀性能。结果表明:1)在1 100 ℃侵蚀试验后,6组试样均表现出较好的抗侵蚀性能和抗渗透性能,试验后坩埚内都残留了大量熔渣。2)在1 300 ℃侵蚀试验后,6组试样的熔渣侵蚀和渗透行为显著加剧。铬锆刚玉50砖依然保持了较优异的抗侵蚀性,但出现了熔渣渗透现象;铬锆刚玉30砖和铬刚玉砖被轻微侵蚀,同时渗透程度加大;由于氧化铬在熔渣中的溶解度极低,含铬试样具有优异的抗熔渣侵蚀性能,但其抗熔渣渗透性能一般;高铝砖侵蚀最为严重,已经看不到试样与渣接触的界面结构;刚玉莫来石砖工作层被熔渣侵蚀后有钙长石生成,促进了基体的致密化,阻碍了熔渣的进一步渗透;由于显气孔率高,铝铬碳化硅砖的抗侵蚀性能和抗渗透性能均较差。

为了提高膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性,经氧氯化锆溶液真空浸渍后再经高温埋碳热处理制备了改性膨胀石墨,主要研究了改性前的石墨化度和抗氧化性及埋碳热处理温度(分别为1 550、1 600、1 650 ℃)和氧氯化锆溶液真空浸渍时间(分别为30、60、90 min)对改性膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性的影响。结果表明:1)经改性处理,膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性提高。2)随着埋碳热处理温度从1 550 ℃提高到1 600 ℃,改性膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性提高;随着埋碳热处理温度从1 600 ℃提高到1 650 ℃,改性膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性降低。3)随着氧氯化锆真空浸渍时间从30 min延长到60 min,改性膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性提高;随着氧氯化锆真空浸渍时间从60 min延长到90 min,改性膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性降低。4)在-0.08 MPa真空度下浸渍60 min,再在1 600 ℃埋碳热处理3 h制备的改性膨胀石墨的石墨化度和抗氧化性能最高。

以碳化硅(SiC)和金刚石为原料,以氧化铝和氧化钇为烧结助剂,在1 850 ℃保温1 h无压烧结制备了SiC-金刚石陶瓷。研究了金刚石含量(质量分数分别为0、0.25%、0.5%、1.0%、2.5%、5%)对SiC-金刚石陶瓷性能的影响。结果表明:随金刚石含量(0.25%~5%(w))的增加,SiC-金刚石陶瓷的致密度逐渐下降,晶粒尺寸先增大后减小。当添加0.25%(w)的金刚石时,试样性能最好,其致密度、热导率和比热容分别为90.3%、83.2 W·m^-1·K^-1和0.71 J·g^-1·K^-1。

为探索垃圾焚烧炉用耐火材料被碱金属化合物侵蚀的机制,采用碱蒸气法对莫来石、刚玉和铬刚玉三种浇注料在800、1 000、1 200和1 350 ℃保温30 h进行侵蚀试验,对比不同温度下三种浇注料侵蚀前后的物理性能和抗碱侵蚀性能。结果表明:1)在800 ℃时,莫来石、刚玉和铬刚玉浇注料经K₂CO₃侵蚀后的强度都高于侵蚀前的强度,且刚玉浇注料侵蚀后的强度最高,莫来石和刚玉浇注料的抗碱侵蚀性比铬刚玉浇注料的好。2)当温度为1 000、1 200和1 350 ℃时,莫来石、刚玉和铬刚玉浇注料经K₂CO₃侵蚀后耐压强度均下降,但铬刚玉浇注料抗碱侵蚀前后的耐压强度均高于莫来石和刚玉浇注料的,铬刚玉浇注料的抗碱侵蚀性能更好。

以α-Al₂O₃微粉和SiO₂微粉为原料,勃母石(γ-AlOOH)溶胶为结合剂,十二烷基硫酸钠(SDS)为发泡剂,采用发泡法制备氧化铝-莫来石多孔陶瓷。研究了勃姆石溶胶掺量(w)为1%、2%、4%、5%、6%、8%,发泡剂(SDS)掺量(w)为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、5%时对多孔陶瓷试样显气孔率和耐压强度的影响,以及烧制温度(1 300、1 350、1 400、1 450、1 500、1 600 ℃)对其性能和显微结构的影响。研究表明:多孔陶瓷试样的显气孔率随着勃母石溶胶掺量的增加逐渐减小,耐压强度却逐渐增大;显气孔率随着发泡剂(SDS)掺量的增加先增加后减小,而其耐压强度先减小后增加。耐压强度随着烧制温度升高先增大后减小,而显气孔率却一直下降。勃姆石(γ-AlOOH)掺量为5%(w)、发泡剂(SDS)掺量为2.5%(w)、烧制温度1 450 ℃为最优制备条件,此时,试样的耐压强度为6.7 MPa、显气孔率为79.5%、热导率为0.087 W·(m·K)^-1。

概述了环形套筒石灰竖窑的基本结构及其耐火材料的使用情况,分析了套筒石灰竖窑中核心部位拱桥使用的方镁石-尖晶石砖的损毁机制,并针对如何提高套筒石灰竖窑中拱桥的寿命提出了建议。

采用静态坩埚法进行抗渣(高炉渣和脱硫渣)侵蚀试验,研究了高炉渣和脱硫渣对硅溶胶结合Al₂O₃-SiC-C质浇注料的侵蚀,并借助SEM、EDS、XRD等方法对静态坩埚抗渣试样进行了显微结构、元素分布和物相组成分析。结果表明,CaO、SiO₂和FeO含量相对较高的脱硫渣对静态坩埚抗渣试样的侵蚀能力较强。这是因为CaO、SiO₂和FeO与试样中基质部分的Al₂O₃发生反应,生成低熔点的化合物,加剧了Al₂O₃-SiC-C质浇注料的侵蚀。

概述了我国工业危险废物处理行业现状、处置技术以及回转窑焚烧系统特点,分析了我国回转窑焚烧系统的耐火材料要求、内衬设计以及损毁形式等,并对典型回转窑危废焚烧工艺提出耐火材料优化对策。

根据我国各种炉排炉耐火砖砖型进行设计,将耐火砖分成方砖、拉固砖、镶嵌式空冷砖、落差墙顶部砖、起脚砖、出风口砖和锚固砖等主要砖型。通过归类总结和优化设计,标准化了炉排炉炉墙耐火砖砖型设计和尺寸特征。同时,结合膨胀设计需要和炉墙结构特征,将炉墙划分为若干个模块化设计单元,每个单元是独立又相互连接的一个整体。实践证明,砖型标准化以及炉墙模块化设计,适用于各种炉排炉炉墙设计。这不仅显著提高了生产和施工效率,降低成本,缩短备货和检修周期,同时多层拉固灵活的设计方案和局部高温炉墙独立采用的风冷设计,进一步提高了炉墙的稳定性,减少了停炉清灰频次,显著提高了焚烧炉运转率。

综述了高纯SiC微粉主要制备工艺,介绍了近些年SiC微粉除杂提纯工艺新进展,提出未来高纯SiC微粉制备工艺应不断更新升级,产业化生产技术和装备也需要不断完善。

致密氧化镁材料和多孔氧化镁材料是氧化镁材料的重要组成部分,分别在不同的领域有关键作用,新型致密或多孔氧化镁材料是当下的研究热点。为此,主要综述了制备致密氧化镁材料的研究进展,不同催化剂对致密氧化镁材料的影响和制备多孔氧化镁材料的研究进展。最后对氧化镁材料的发展提出几点建议。

从碳源、镁砂原料和添加剂三个角度综述了低碳镁碳材料抗热震性的研究进展,提出了改善低碳镁碳材料抗热震性的建议。

抗热震性是耐火材料最重要的使用性能之一,国内外有多种测定抗热震性的试验方法,但是还没有统一的国际标准。2016年8月经ISO批准,由我国主导制定耐火材料抗热震性试验方法国际标准,通过与国内外工作组成员积极交流,并开展大量的试验验证工作,较好地解决了制定过程中出现的技术问题,2020年10月该国际标准正式发布。

首先,通过试样粒度试验和称样量试验确定了三氯化铁溶解-重铬酸钾滴定法测定铁铝尖晶石中金属铁含量的分析方法;然后,通过试样粒度试验、称样量试验、HCl和H₂SO₄加入量试验以及碳酸氢钠加入量试验,确定了HCl/H₂SO₄混合酸分解-重铬酸钾滴定法测定以FeO计的金属铁和氧化亚铁合量的分析方法;最后,采用差减法计算试样中氧化亚铁的含量,并采用高温氧化后试样的质量变化率法进行了验证。结果表明,本方法准确可行。