耐火材料

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• 电熔镁砂对钙长石-尖晶石隔热耐火材料性能的影响

  王世贞, 韩兵强, 谭丹, 魏耀武, 鄢文, 李楠

  为了优化多孔钙长石-尖晶石隔热耐火材料的物相组成与显微结构,从而提升其物理性能,以刚玉粉尘、石英砂、石灰石粉和电熔镁砂为主要原料,采用直接发泡法经1 200 ℃保温3 h热处理制备了多孔钙长石-尖晶石隔热耐火材料。研究了电熔镁砂添加量(添加质量分数分别为0、2%、4%、7%)对该材料显微结构和性能的影响。结果表明:1)电熔镁砂的引入显著优化了钙长石-尖晶石隔热耐火材料的物相组成及气孔结构,其与Al2O3原位反应生成尖晶石,形成了钙长石-刚玉-尖晶石三相复合孔壁结构,尖晶石的“钉扎”效应使孔壁结构由孤岛状转变为均匀网状。2)随着电熔镁砂添加量(w)从2%增至7%,试样的体积密度先升后降,总气孔率先略降低后急剧升高,线膨胀率持续增加,常温耐压强度先基本不变后急剧升高,热导率逐步降低。3)当电熔镁砂加入量为7%(w)时,试样的综合性能最好。

• 基于离散元的熔盐罐底陶粒层热应力分析

  黄尧, 刘源泂, 朱海龙, 李远兵, 胡亮

  针对熔盐罐底部的陶粒回填层,基于EDEM离散元软件平台,构建相应的颗粒仿真模型,对陶粒层压实回填工艺及满罐工况模拟,重点考察预压实工艺(自然堆积、一次预压实、8次分段预压实)对陶粒层压缩变形与应力分布的力学影响,并进一步分析了不同粒径分布(5~10、10~15、15~20 mm)对陶粒层传热特性的作用规律。结果表明:1)陶粒层高度1.6 m,陶粒粒径范围5~20 mm,采用8次分段预压实工艺,重罐5万t加载,其陶粒内部最大应力范围为8.0~14.4 MPa,应力分布均匀,总沉降量为20.44 mm。2)随着陶粒粒径的增大,热量传递距离逐渐增加,而平均热通量则下降,表明小粒径颗粒堆具有更优异的隔热性能,其在50 h时的热量传递距离为185.73 mm,平均热通量为0.49 W·m-2;而大粒径颗粒堆的热传导效率更高,隔热性能最差,热量更容易扩散,其热量传递距离为195.65 mm,平均热通量为2.31 W·m-2。

• 轻量化镁砂制备水泥窑烧成带用方镁石-铁铝尖晶石材料

  孙格格, 李国华, 邓舒丹, 田琳

  为了提高水泥窑的热效率,以自制的轻量化镁砂、烧结镁砂、铁铝尖晶石为原料制备水泥窑烧成带用轻量化方镁石-铁铝尖晶石材料。研究3~1 mm的轻量化镁砂等量替代同粒度的烧结镁砂(替代质量分数分别为0、10%、20%、30%、40%)对试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度、抗热震性、荷重软化温度、抗水泥熟料侵蚀等性能的影响。结果表明:1)随着轻量化镁砂加入量的增加,体积密度减小,显气孔率增大;2)轻量化镁砂能够与基质形成互锁界面,使常温耐压强度增大,抗热震性增强;3)加入适量的轻量化镁砂能够提高试样抗水泥熟料侵蚀性能,减小侵蚀面积;4)当轻量化镁砂加入量为20%(w)时,试样的综合性能最优,体积密度为 2.78 g·cm-3,显气孔率为21.9%,常温耐压强度为76.2 MPa,荷重软化温度高于1 700 ℃。

• 微波辅助硼热/碳热合成TiB2粉体的保温时间作用机制研究

  长世伦, 刘振阳, 王兴国, 李欣, 张照磊, 乔佳, 陈滨

  为阐明微波场中保温时间对二硼化钛(TiB2)粉体合成过程的调控机制,以TiO2-B4C-C体系为研究对象,采用微波辅助硼热/碳热耦合还原工艺,在1 450 ℃下系统探究保温时间(10、20、30和40 min)对产物物相组成、显微形貌及粒度分布的演变规律,从而揭示TiB2晶体的生长机制。结果表明:当保温时间为10 min时,体系存在TiO2和B4C的中间反应过程,导致存在TiC和B2O3副产物;保温时间延长至20 min,TiC、B2O3和C的反应完成,获得纯相TiB2粉体;保温时间超过30 min后,微波非热效应显著增强,诱发晶粒异常生长及烧结颈形成。较优工艺参数为1 450 ℃保温20 min,制备了d50为0.32 μm的亚微米TiB2粉体,其晶界清晰且呈规则六方结构。

• 光固化3D打印制备氧化锆陶瓷的工艺优化

  施英统, 郑雯雯, 谢呵瀚, 刘鹏, 刘子玉, 杨现锋

  针对亚微米氧化锆粉体分散性差、光固化成型过程中易发生翘曲等问题,以高纯亚微米氧化锆粉体(4Y-TZP)为原料,以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG400DA)为复合光敏树脂体系,以双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦作为光引发剂,分别以3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)、蓖麻油、聚合磷酸酯类阴离子分散剂(BYK-111)作为分散剂,光固化3D打印制备氧化锆陶瓷。探究了光敏树脂配比、分散剂、固含量、光固化成型工艺参数等对氧化锆陶瓷浆料流变性能、悬浮稳定性及生坯质量的影响。结果表明:1)分散剂KH560添加量为氧化锆粉体质量的0.5%、TMPTA占复合光敏树脂总质量的36%、固相体积分数为36%的氧化锆陶瓷浆料具备良好的流变性能与悬浮稳定性;2)在曝光功率为1 230 mW·cm-2、扫描速度为2 000 mm·s-1、固化次数为2的打印参数下,浆料的单层固化深度可达0.095 mm,且成形精度较高,坯体在氮气气氛下经600 ℃脱脂后再经1 550 ℃烧结,可获得致密氧化锆陶瓷,表观密度为5.80 g·cm-3,抗弯强度达641 MPa。

• 纳米氧化铝及热处理温度对MgO陶瓷过滤器性能的影响

  张雨生, 黄奥, 邹永顺

  为了提高MgO陶瓷过滤器的力学性能,采用有机泡沫浸渍法,以微孔MgO粉体为原料制备含多孔骨架结构的MgO陶瓷过滤器。探究了第二相纳米氧化铝添加量(添加质量分数分别为0、3%、6%、9%和12%)和热处理温度(1 450、1 500、1 550和1 600 ℃)对陶瓷过滤器物理性能、物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:引入纳米氧化铝在晶间原位形成镁铝尖晶石,提高了晶粒间的结合强度,降低了显气孔率,增加了体积密度,提高了室温压缩强度;但当纳米氧化铝添加量超过6%(w)时,过量的晶间尖晶石反而阻碍了MgO晶粒的直接结合,从而降低了室温压缩强度;热处理温度的升高增加了Al2O3在MgO中的固溶度,促进烧结提高了致密度和室温压缩强度;当纳米氧化铝添加量为6%(w),热处理温度为1 600 ℃时,MgO陶瓷过滤器的室温压缩强度达到最大值,为1.42 MPa,显气孔率为81.5%,体积密度为0.66 g·cm-3。

• Carbores P对制备Ti3AlC2质过滤陶瓷性能的影响

  李飞, 肖俊李, 周辉, 魏耀武, 鄢文, 李楠, 陈俊峰

  为了拓展Ti3AlC2材料的应用领域,以Ti3AlC2粉为主要原料,采用有机前驱体浸渍法制备了Ti3AlC2质过滤陶瓷,研究Carbores P的加入量(加入质量分数为0~30%)对制备Ti3AlC2质过滤陶瓷的影响。结果表明:在埋碳条件, 1 100 ℃热处理后的Ti3AlC2质过滤陶瓷的主要物相为Ti3AlC2,但会有部分Ti3AlC2与CO气氛反应生成TiC和α-Al2O3。此外,随着Carbores P加入量的增加,制备Ti3AlC2质过滤陶瓷用浆料的黏度会随之增加,进而使得过滤陶瓷根筋直径增大,缺陷减少。并且,Carbores P的加入会改变热处理后Ti3AlC2粉之间的连结方式,使其连结更加紧密,增加Ti3AlC2质过滤陶瓷的常温耐压强度。当加入20%(w)Carbores P后,试样的常温耐压强度达到0.20 MPa。而进一步增加浆体中Carbores P加入量,会导致所制备的Ti3AlC2质过滤陶瓷经 1 100 ℃热处理后结构坍塌,这是由于Carbores P热分解导致过滤陶瓷体积收缩直至结构失稳。Carbores P添加量在20%(w)时,试样获得最好的力学性能。

• 硅烷偶联剂添加量对钢包用抗侵蚀涂层性能的影响

  宋博, 田琳, 田超, 李国华, 姜雨涵, 丁云锴

  针对钢包耐火材料无碳化需求,以煅烧α-Al2O3粉、钇稳定氧化锆为涂层填料,加入镁铝质结合剂,以硅烷偶联剂(KH-560)为分散剂,制备涂层料浆,刷涂在40 mm×40 mm×10 mm的刚玉-镁铝尖晶石基体表面,经1 600 ℃保温1 h热处理制得涂层试样。研究了KH-560添加量(涂层填料质量的0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%)对涂层料浆性能及涂层试样抗侵蚀性的影响。结果表明:1)常温条件下,KH-560与羟基化Al2O3表面脱水缩合形成均匀的吸附层,其空间位阻效应降低料浆表面张力和黏度,显著提升料浆的稳定性;2)1 600 ℃热处理后,KH-560与Al2O3通过化学键合生成莫来石晶相,增强涂层与基体间的结合强度;3)抗渣侵蚀试验显示,相较于未添加KH-560的涂层试样,添加1%(w)的KH-560的试样侵蚀界面骨料边缘保持完整形貌,基质无液相渗透,侵蚀指数较未添加KH-560的试样降低69.8%;4)KH-560的适宜添加量为1%(w)。

• 隔热碳纤维复合材料微纳孔调控及其性能

  陈嘉良, 丁军, 罗益欣, 刘正龙, 余超, 朱青友, 邓承继

  为实现碳纤维复合材料的高效隔热,以T300碳纤维预浸布为增强体,环氧树脂为基体,通过溶剂诱导相分离策略构建多孔结构体系。采用异丙醇作为造孔剂,通过调控异丙醇的添加量(质量分数分别为0、10%、20%和30%)实现碳纤维复合材料孔隙率的梯度化设计,探究孔隙结构演化对材料力学与隔热性能的耦合作用机制。结果表明:随着异丙醇添加量从0增加至30%(w),复合材料孔隙率从0.71%提升至 2.14%,孔隙数量递增且孔隙尺寸扩增,孔隙形貌由点状缺陷转变为圆形缺陷,但力学性能呈现可控性衰减趋势;随着异丙醇添加量从0增加至30%(w),材料的隔热性能呈现逐渐上升的趋势;当异丙醇添加量为10%(w)时,材料的孔隙率为1.12%,材料的力学性能降低程度最小,且隔热性能相对最佳。

• 煤矸石粉加入量对菱镁矿尾矿制备镁质多孔骨料的影响

  王千千, 昝文宇, 马北越, 苑小舟, 兰志鹏, 于景坤

  为了提高菱镁矿尾矿资源化利用,降低镁质耐火材料生产成本,以菱镁矿尾矿与煤矸石粉为原料,经 1 300 ℃保温4 h原位合成了MgO-Mg2SiO4-MgAl2O4多孔骨料。研究了煤矸石粉加入量(加入质量分数分别为0、10%、20%、30%和40%)对试样物相组成与显微结构、体积密度和显气孔率、常温耐压强度和抗热震性能的影响。结果表明:1)随着煤矸石粉加入量的增加,试样线收缩率先降低后升高,体积收缩率降低,显气孔率降低,体积密度升高,常温耐压强度升高,抗热震性先上升后降低;2)当煤矸石粉加入量为30%(w)时,试样的主晶相为MgO、Mg2SiO4和MgAl2O4,综合性能最优,其线收缩率为12.7%,体积收缩率为30.5%,显气孔率达 43.4%,体积密度为1.81 g·cm-3,常温耐压强度为56.0 MPa,3次热震后的耐压强度保持率为83.3%。