马飞祥, 李红霞, 刘国齐, 顾强

2025, (5): 369-374. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.001

为开发稀土钢专用水口内衬材料,首先以La₂O₃和Al₂O₃粉为原料,于1 400 ℃保温3 h高温固相合成LaAlO₃粉体;再分别将BN、AlN、Si₃N₄、TiN粉体以PVA为结合剂在120 MPa压力下压制成Φ30 mm×7 mm的衬底试样,在其表面分别放置等量的La₂O₃和LaAlO₃粉,在还原和氩气气氛条件下于1 550 ℃反应3 h。研究了4种氮化物(BN、Si₃N₄、AlN、TiN)衬底试样分别与La₂O₃和LaAlO₃在还原和氩气气氛条件下的界面反应。结果表明:在还原和氩气气氛下,4种氮化物与La₂O₃反应的强弱顺序皆是Si₃N₄>BN>AlN>TiN;在还原气氛下,4种氮化物与LaAlO₃反应的强弱顺序是Si₃N₄>AlN≈TiN>BN,但在氩气气氛下,其反应顺序是Si₃N₄>BN>AlN≈TiN;TiN在还原和氩气气氛下均具有较好的结构稳定性,与La₂O₃、LaAlO₃反应较弱,是一种较好的稀土钢水口防堵内衬材料。

外加电场作用下ZrO₂-C材料与钢液界面脱碳反应研究

王冬雪, 陈开旺, 孙诗雨, 袁磊, 李红霞

2025, (5): 375-380. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.002

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针对连铸过程中浸入式水口渣线部位的严重侵蚀导致铸坯质量恶化,连铸效率降低等问题,以浸入式水口渣线部位的ZrO₂-C耐火材料为研究对象,系统性研究了外加电场作用下ZrO₂-C材料在钢液中的溶解行为和氧化特征,并对比分析了直流电场下不同极性(正电场、负电场)和不同电压(0 、1.5 、3 、4.5 V)对ZrO₂-C材料脱碳反应的影响规律。结果表明:1)施加电场可以影响ZrO₂-C材料中石墨的活性,进而影响浸入式水口渣线的抗侵蚀性。2)当对ZrO₂-C材料施加正电场时,石墨在电场力的作用下更容易失去电子发生溶解及氧化反应,促进材料脱碳,脱碳层厚度随着电压的增加逐渐增大;施加负电场时,钢液中的合金元素在电场力及静电力的作用下逐渐向渣线表面沉积,表面形成致密的Al₂O₃富集层,可有效抑制ZrO₂-C材料表面的脱碳,脱碳层厚度随着电压的增加逐渐减小。3)当施加3 V电压时,正电场下试样和负电场下试样的脱碳层厚度整体上最优。

TiN对注浆成型反应烧结SiC陶瓷性能的影响研究

刘星宇, 陈定, 顾华志, 黄奥, 付绿平

2025, (5): 381-385. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.003

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在采用注浆成型工艺制备反应烧结SiC陶瓷的过程中,由于大量溶剂的引入,后续干燥、真空渗Si烧结后,存在制品气孔率偏高、强度较低的问题。为提高注浆成型反应烧结SiC陶瓷的力学性能,选用碳化硅细粉、炭黑、石墨作为主要原料,以羧甲基纤维素钠作为黏结剂,聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂,并添加TiN粉体,配制TiN外加质量分数分别为0、2.5%、5%、7.5%的SiC陶瓷浆料,经注浆成型得到陶瓷素坯,再经 1 740 ℃保温2 h埋Si烧结制得SiC陶瓷。探究TiN粉体添加量对反应烧结SiC陶瓷的物理性能、物相组成以及显微结构的影响。结果表明:随着TiN的外加质量分数从0逐步增加至7.5%,反应烧结SiC陶瓷的显气孔率呈现出略微下降的趋势,体积密度则相应有所上升;TiN能够与游离Si反应生成断裂韧性较高的 TiSi₂,并在一定程度上消耗了试样中的游离Si,提高反应烧结SiC陶瓷的力学性能,因此TiN的外加质量分数从0增至7.5%时,试样的抗弯强度从204.8 MPa提升至304.3 MPa,涨幅为48.6%,断裂韧性也从 3.76 MPa·m^1/2 增加到4.42 MPa·m^1/2,增长率达17.6%。当TiN粉末的外加质量分数为7.5%时,反应烧结SiC试样展现出较佳的综合性能。

Al(H₂PO₄)₃与SiO₂溶胶对氧化锆基涂层结构及性能的影响

仲星宇, 赵世贤, 王刚, 李虹屿, 李凌锋, 梁鹏鹏, 田朋丹, 李红霞, 刘学智

2025, (5): 386-390. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.004

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为在氧化钇稳定氧化锆(YSZ)热障涂层表面制备具有优异力学性能及抗盐雾腐蚀性能的氧化锆基涂层,以电熔氧化钇稳定氧化锆为主原料,以Al(H₂PO₄)₃、SiO₂溶胶为黏结剂,经刷涂与热固化得到氧化锆基涂层。探究不同黏结剂添加量(SiO₂溶胶质量分别占Al(H₂PO₄)₃质量的0、10%、20%、30%和100%)对涂层显微结构、力学性能和抗盐雾腐蚀性能的影响。结果表明:1)适量SiO₂溶胶和Al(H₂PO₄)₃之间的协同作用可促进涂料网状结构生成,有效消除了固化过程的收缩和起泡现象,改善涂层质量,进而提高抗盐雾腐蚀性能。2)SiO₂ 溶胶在高温下会与氧化锆反应生成ZrSiO₄,导致涂层结构破坏,热冲击时内部产生的热应力会导致涂层开裂,1 400 ℃下抗热冲击寿命大幅度降低;未添加SiO₂溶胶的涂层抗热冲击性能最优,但强度、硬度较低。3)当SiO₂溶胶质量占Al(H₂PO₄)₃质量的20%时,涂层综合性能最佳,其拉伸强度为16.08 MPa,维氏硬度为597 HV,抗盐雾腐蚀寿命为166 h。

SiO₂-Al₂O₃复合气凝胶的制备及其性能研究

王指正, 郭玉香, 王鑫, 杨博, 孙培凇, 张风闯

2025, (5): 391-397. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.005

摘要 ( ) PDF (3873KB)( )

为了提高SiO₂-Al₂O₃气凝胶性能,拓展其在高温下的应用领域,以正硅酸乙酯为硅源、六水氯化铝为铝源、水和乙醇为溶剂、三甲基氯硅烷/正己烷为改性剂,采用溶胶-凝胶法通过常压干燥制备SiO₂-Al₂O₃复合气凝胶。研究了Si、Al物质的量比(2∶1、1∶1、1∶2、1∶3和1∶4)对复合气凝胶凝胶时间、显微结构、比表面积、热导率等的影响。在此基础上,对SiO₂-Al₂O₃复合气凝胶分别进行600、800、1 000、1 100、1 200 ℃保温2 h热处理,并利用SEM、XRD、BET、TG-DSC、FI-IR等手段对热处理后复合气凝胶进行表征和分析。结果表明:1)当n(Si)∶n(Al)=1∶3时,制得SiO₂-Al₂O₃复合气凝胶性能最佳,其凝胶时间为7.64 min,比表面积为397 m²·g^-1;2)复合气凝胶中的SiO₂抑制了Al₂O₃的晶型转变,Al—O—Si键形成的凝胶网络提高了气凝胶的强度、热稳定性和高温隔热性能;3)当n(Si)∶n(Al)=1∶3,经1 200 ℃热处理后,SiO₂-Al₂O₃复合气凝胶未出现 α-Al₂O₃,仍保持完整的多孔结构,其室温热导率为0.053 W·m^-1·K^-1。

石墨材料抗氧化MoSi₂-CrB₂-SiC-Si复合涂层的制备及性能研究

杨佳妮, 郭晓阳, 姜岩

2025, (5): 398-405. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.006

摘要 ( ) PDF (3314KB)( )

为了提高石墨材料的抗氧化性能,以石墨为基体,以MoSi₂、CrB₂、SiC粉体为原料,以无水乙醇为溶剂,酚醛树脂为碳源和黏结剂,制备内外涂层浆料;将石墨基体先反应浸渍固化,再在 1 625 ℃保温40 min的真空环境下进行气相渗硅,在石墨表面获得MoSi₂-CrB₂-SiC-Si抗氧化复合涂层。研究了涂层的物相组成和显微结构,分析了涂层试样在1 400、1 700 ℃下的抗氧化性。结果表明:1)涂层的物相有MoSi₂、CrB₂、SiC、Si,结构致密且无贯穿性裂纹,与基体结合良好。2)涂层试样在1 400 ℃氧化250 h后,表面保持完好,质量增加了0.36%,因为涂层表面生成了致密的Cr-Si-Mo-O复相玻璃抗氧化膜,起到了良好的防护作用。3)涂层试样在1 700 ℃氧化40 min后质量增加了1.51%,也是因为涂层表面生成了含有Cr-Si-Mo-O复相玻璃抗氧化膜,而氧化 60 min 后质量损失了0.23%,因为气体副产物等挥发及部分氧化层的剥落。

基于固溶途径的高纯超细Ti₃(Al_1.2-xSn_x)C₂粉末制备及其力学性能研究

吴沛宸, 王璐, 李洞亭, 刘颖

2025, (5): 406-412. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.007

摘要 ( ) PDF (3245KB)( )

随着服役工况的恶劣和对部件性能要求的提高,单相Ti₃AlC₂陶瓷因低韧性和低耐磨性短板,已难以契合现代工业装备愈发严苛的要求。发展有效手段可控制备高纯度、小粒径的Ti₃AlC₂固溶体粉末,并制备出具有较好综合力学性能的Ti₃AlC₂固溶体材料刻不容缓。运用固溶途径,将Ti、Al、Sn、TiC粉末置于行星球磨机内混合,采用两步无压烧结法与机械球磨法制备了高纯超细的Ti₃(Al_1.2-xSn_x)C₂(x分别为0、0.1、0.3和0.5) 粉末,并经放电等离子烧结制备了Ti₃(Al_1.2-xSn_x)C₂块状试样。结果表明:Ti₃(Al_1.2-xSn_x)C₂(x分别为0、0.1、0.3 和0.5) 粉末纯度均＞99%(w),且呈现出纳米层状结构;放电等离子烧结制备的Ti₃(Al_1.2-xSn_x)C₂试样随着Sn固溶量的增加,力学性能均有较大提升,其中维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性及抗压强度均呈现先增大后减小的趋势,Ti₃(Al_0.9Sn_0.3)C₂试样的力学性能最好,维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性和抗压强度分别为8.38 GPa、820.91 MPa、7.87 MPa·m^1/2和1 510 MPa;Ti₃(Al_1.2-xSn_x)C₂材料强度与硬度的提升在于固溶强化与第二相强化,而材料的分层结构、裂纹扩展的偏转及断裂面的晶粒拉出等微观特性,协同增强了材料的抗变形与断裂能力。

活性炭浸渍莫来石前驱体制备多孔陶瓷及其性能研究

奚健飞, 张玲, 牛舒楠, 罗式桐, 段明君

2025, (5): 413-421. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.008

摘要 ( ) PDF (3904KB)( )

废弃活性炭的回收利用在环保方面具有重要意义。以十八水合硫酸铝、氨水及SiO₂微粉为原料,利用热处理后的废弃活性炭作为造孔剂,以聚丙烯酸钠(PASS)为分散剂,采用活性炭浸渍莫来石前驱体制备莫来石多孔陶瓷,研究了活性炭(添加质量分数分别为1.5%、3.0%、5.2%和7.8%)和PASS分散剂(外加质量分数分别为1%、2%和3%)对多孔陶瓷的物理性能、物相组成及显微结构的影响。结果表明:1)活性炭作为造孔剂促进了试样内部气孔的形成,并且随其加入量的增加,试样显气孔率显著提高;当活性炭加入量达到7.8%(w)时,试样的显气孔率达到65.7%,常温耐压强度为4.62 MPa,孔径峰值约为3.5 μm,孔径分布均匀。2)适量添加PAAS有助于改善活性炭在试样中的分散情况,提升多孔莫来石陶瓷的综合性能;当PAAS外加量为2%(w)时,试样的显气孔率为71.8%,常温耐压强度为5.53 MPa,孔径峰值约为3 μm,孔径分布得到优化;然而,过量添加PAAS会增加体系中的液相,导致莫来石过度烧结并使气孔率降低。

铝硅系耐火浇注料抗铝灰侵蚀性能研究

董雨晨, 张三华, 秦红彬, 李鹏鑫, 曹迎楠

2025, (5): 422-426. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.009

摘要 ( ) PDF (2455KB)( )

为探究铝硅系耐火浇注料抗铝灰侵蚀性能,以不同牌号(SM45、SM70)的烧结莫来石和电熔白刚玉为原料,以铝酸钙水泥为结合剂,制备了铝硅系浇注料。研究了不同Al₂O₃含量(Al₂O₃质量分数分别为44.26%、57.51%、69.61%、82.81%、94.33%)的铝硅系浇注料在1 350 ℃时的抗铝灰侵蚀性能。结果表明:经铝灰侵蚀后,所有试样的强度都呈现出下降的趋势,其中Al₂O₃质量分数为69.61%的试样强度下降最为显著;在侵蚀过程中,试样的方石英相先被侵蚀,其次是莫来石相,并生成针状刚玉,其中Al₂O₃质量分数为69.61%的试样受侵蚀最为严重;铝灰中的Na、Cl元素在侵蚀过程中对试样的作用主要是渗透,试样中的Al₂O₃含量越高,试样抗铝灰中Na、Cl等元素渗透的能力越好;Al₂O₃质量分数为94.33%的试样抗铝灰侵蚀能力最强,Al₂O₃质量分数为69.61%的试样抗铝灰侵蚀性能最差。

片状氮化硅陶瓷的水基流延成型制备工艺研究

赵辰啸, 李世鹏, 王刚, 袁波

2025, (5): 427-431. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.010

摘要 ( ) PDF (1598KB)( )

为制备无明显变形且成本低、性能良好的片状氮化硅陶瓷,以α-Si₃N₄粉为原料,以LiAlO₂粉、Y₂O₃粉为烧结助剂,去离子水为溶剂,以四甲基氢氧化铵为分散剂,以亚克力树脂乳液为黏结剂,以水溶性低聚物为增塑剂,制备了固相体积分数为45%的氮化硅水基浆料。研究了分散剂加入量(质量分数为0.1%~0.9%,间隔0.1%)、球磨时间(1、3、5、7 h)、黏结剂加入量(质量分数2.5%、5.0%、7.5%)、增塑剂与黏结剂的质量比(0、0.3、0.6、0.9)等因素对浆料性能和流延效果的影响。结果发现,当分散剂、黏结剂的加入量(w)分别为0.6%、7.5%,增塑剂与黏结剂的质量比为0.6,低速球磨时间为5 h时,固相体积分数为45%的氮化硅水基浆料的流动性和流延效果最好。以此浆料进行流延、干燥、叠压,制得片状氮化硅陶瓷素坯,再在氮气气氛经 1 650 ℃常压烧结3 h,得到片状氮化硅陶瓷,其相对密度为97.12%,硬度为15.64 GPa,抗弯强度和断裂韧性分别为 583.58 MPa和6.72 MPa·m^1/2。

纤维增强SiO₂气凝胶的高热稳定性疏水改性

龙海依, 田响宇, 张博

2025, (5): 432-437. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.011

摘要 ( ) PDF (2628KB)( )

为使纤维增强SiO₂气凝胶经高温使用后仍保持优异的疏水性能,首先以硅酸四乙酯、莫来石纤维针刺毡为主要原料制备了纤维增强SiO₂气凝胶复合材料,再采用三甲氧基(1H,1H,2H,2H-十七氟癸基)硅烷作为疏水改性剂,利用气相沉积(反应时间为5~22 h)对其进行疏水改性,并研究了其显微结构、孔径、疏水性能等。结果表明:气相沉积法能在保持气凝胶原有结构的同时使其具有高稳定疏水性能,随着疏水反应时间的增加,试样的水接触角先逐渐增大后基本不变,当反应时间为18 h时,水接触角达到最大值147°;经疏水改性后的试样在酸、碱腐蚀液作用下都可保持良好的疏水状态;经600 ℃热处理3 h后,试样的水接触角仍可保持在132°,经 750 ℃ 处理36 min后水接触角仍可保持在123°,且其显微结构无明显变化,表现出优异的热稳定性。

CaO质耐火材料抗水化方法及其应用研究进展

雷辉聪, 李亚格, 李杭, 高亚博, 王永新, 黄仲, 张海军

2025, (5): 438-443. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.012

摘要 ( ) PDF (928KB)( )

CaO质耐火材料具有优异的耐碱性渣侵蚀性能和净化钢液特性,被广泛应用于洁净钢及特种合金钢的生产,但CaO易水化是导致其损毁的主要因素。综述了CaO质耐火材料抗水化方法和机制,总结了其在钢包、中间包以及坩埚等场景的应用现状及仍存在的一些问题,并对未来发展方向进行了展望。

转炉热态修补料烧结性能评价与优化研究进展

戴晨晨, 钱凡, 赵进宣, 杨健, 聂波华

2025, (5): 444-449. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.013

摘要 ( ) PDF (911KB)( )

热态修补料作为转炉炉前日常生产中不可或缺的重要原辅料,其烧结性能的优劣可决定热态修补质量乃至转炉整体使用寿命,对炼钢技术发展具有重要意义。围绕烧结时间和烧结强度两个维度,对近年来转炉热态修补料烧结性能的评价方法、研究进展及存在的一些问题进行了归纳,并对烧结性能的优化提升技术进行了总结。从契合当前炼钢技术发展角度出发,提出了转炉热态修补料需要重点关注的几个研究内容,以期为耐火材料及炼钢技术人员提供参考。

氧化铝增韧氧化锆复合材料的性能及应用研究进展

丁贺玮

2025, (5): 450-454. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.014

摘要 ( ) PDF (913KB)( )

氧化铝增韧氧化锆(ATZ)材料结合了氧化铝和氧化锆2种陶瓷的优异性能,在工业领域具有广泛的应用前景。对ATZ材料中四方相氧化锆稳定性的影响因素进行了探讨,综述了ATZ材料的物理性能的提高方法,总结了其应用领域,最后对ATZ材料的发展前景进行了展望。

钢包用透气砖的研究进展

崔庆阳, 赵保群, 刘雷

2025, (5): 455-460. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.05.015

摘要 ( ) PDF (910KB)( )

通过透气砖将惰性气体吹入钢液中,对钢液进行搅拌,达到均匀成分、调节温度以及去除夹杂物等目的。透气砖的性能会直接影响到钢包精炼效果和钢的质量。为此,提出了钢包用透气砖的使用要求,阐述了近年来透气砖的研究现状,最后对透气砖未来的发展方向和研究重点进行了展望。

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