非氧化物复合耐火材料的热力学性能

为了在耐火材料中能动地应用非氧化物,系统了解非氧化物的热力学性质是非常必要的。为此,首分析了非氧化物在氧化气氛下的不稳定性及顺序,并就如何转变这个不利的性质,以实现在氧化气氛下烧结非氧化物复合材料而提出了“逆反应烧结”工艺。在深入研究Si、Al系氮化物的氧化机理后发现,当氧分压低于“转换氧分压”时,可显著生成其气态的亚氧化物。亚氧化物可以在邻近表面层沉积,形成致密层。致密层的形成使材料具有“自阻碍氧化”的性能。Si、Al的加入可增加亚氧化物的含量,从而加厚、加宽致密层,使材料的抗氧化和抗侵蚀能力得到提高。文中详述了Si3N4 -Al2O3、Si3N4 -MgO和Si3N4 -SiC三个体系的研究情况。结果表明:逆反应烧结工艺可制备出性能良好的复合物;Si、Al除可促进烧结外,还能提高致密层的密度和宽度。

氧化锆对刚玉-尖晶石浇注料热震稳定性的影响

以刚玉、尖晶石、纯铝酸钙水泥和氧化铝微粉为主原料 ,研究了氧化锆对刚玉 -尖晶石浇注料热震稳定性的影响 ,并采用X射线衍射和扫描电镜分析了试样的相组成和显微结构。结果表明 :加入约 3%的氧化锆可以大幅度提高刚玉 -尖晶石浇注料的热震稳定性 ,但过多的氧化锆对刚玉 -尖晶石浇注料的热震稳定性不利 ;含锆刚玉 -尖晶石浇注料热震稳定性提高的机理为微裂纹增韧。

塑性相结合刚玉复合材料的力学性能

在刚玉－碳化硅耐火材料中添加硅粉，利用硅粉所具有的金属塑性特征，使得制品具有了塑性成型的性质，而且提高了制品的致密化程度和断裂韧性，并达到了坯体增韧的效果。

凝胶注模成型工艺的研究进展

系统地介绍了凝胶注模成型工艺十余年来的研究进展 ,重点介绍了HMAM工艺和TRG(热可逆转变凝胶注模成型 )两种新型工艺 ,并列举了凝胶注模成型工艺在金属和无机非金属材料方面的应用。最后提出了凝胶注模成型工艺需注意和解决的问题 ,并展望了其未来发展前景。

铁元素在氮化硅铁中的存在状态

用化学分析、XRD,SEM,EDS等检测手段,首次对闪速燃烧工艺制备的新型合成原料———氮化硅铁(FeSi3N4)中铁元素的存在状态进行了研究。结果表明:以小于0.074mm的FeSi75颗粒为原料制备氮化硅铁时,FeSi75颗粒表面的硅原子氮化形成氮化硅包覆层,硅铁受热熔化;随着硅的持续氮化减少,铁含量相对增加,硅的氮化难度加大;最后,铁以Fe3Si和αFe两种形式保留下来,并且主要分布于氮化硅粉体颗粒的内部,并用热力学进行了分析。

表面包覆Al(OH)_3改性石墨的研究

采用异相成核法在天然鳞片石墨水悬浮液中 ,使硫酸铝水解 ,在石墨表面包覆一层Al(OH) 3对石墨进行表面改性处理。介绍了包覆条件对石墨表面改性的影响 ,对改性后的石墨进行了形貌观察、接触角测定、差热 -热重分析。研究结果表明 :在适当的条件下 ,可在石墨表面形成Al(OH) 3包覆层 ,pH值为 4 .0时 ,包覆效果最好 ;

Si_3N_4-Fe对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

利用Si3N4 的优良性质及金属塑性相Fe的作用 ,将其添加到高炉出铁沟用Al2 O3-SiC -C浇注料中 ,以改善材料的力学性能和抗氧化性能。对高温处理后试样强度、显气孔率测试以及对氧化层的SEM分析 ,结果表明 ,添加适量的Si3N4 -Fe ,材料的显气孔率降低 ,强度提高 ,抗氧化性增强。

镁钙耐火材料对钢水的净化作用

研究了不同CaO含量的镁钙耐火材料与AR0 16钢水之间的作用。利用岩相、真空直读光谱分析仪、扫描电镜能谱等手段对镁钙耐火材料与钢水作用前后钢水和耐火材料的成分变化以及耐火材料的显微结构变化进行了研究。研究结果表明 :镁钙耐火材料在 16 0 0℃下与AR0 16钢发生作用后生成了新相 ;CaO含量大于 30 %的镁钙耐火材料与钢水作用 6 0min时脱S效果最佳 ;在本实验条件下 ,作用 30min可使钢中Al降到较低 ;增加镁钙耐火材料中的CaO含量可进一步降低钢中S和Al。

氮化硅铁在Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料中的防氧化行为

将Al_2O_3-SiC-C系铁沟浇注料及分别添加 8% (质量分数)氮化硅、氮化硅铁的浇注料试样在空气中进行 1500℃ 3h热处理后,分别对氧化层进行形貌(SEM)及能谱分析(EDS),并结合热力学分析了氮化硅铁的防氧化行为:高温氧化气氛下,表面氮化硅铁中的Si3N4首先氧化生成SiO2,构成氧化层的主体;随着铁相材料的氧化,形成的氧化铁不但降低了氧化层的熔点,而且降低了熔体的粘度,增进熔体在材料表面上的润湿性及流动性,形成覆盖于材料表面的氧化层而阻止碳素氧化,使其具有比纯氮化硅更好的防氧化性能;另外,由于氮化硅铁在Al2O3 -SiC-C系材料中加入量少,而且试样内部的铁不是以氧化铁形式存在的,故对材料高温使用性能的影响不大。

硅铁闪速燃烧合成氮化硅铁

利用闪速燃烧合成新技术 ,以粒度≤ 0 .0 88mm的FeSi75硅铁细粉为原料 ,在 0 .2MPa的低氮气压力与 14 0 0℃的燃烧温度条件下 ,制备了细蜂窝状氮化硅铁。XRD和SEM分析结果表明 ,这种氮化硅铁主要由短柱状β Si3N4 相和Si3Fe相组成 ,其结构特征是以Si3Fe形成核心 ,并被Si3N4 包裹。同时 ,还用热力学原理探讨了由硅铁闪速燃烧合成氮化硅铁的工艺条件、形成产物的形式、反应的中间产物和残留金属的形态。热力学研究结论和实验检测结果相一致 。

1500℃工业条件合成β-Sialon的研究

研究了在 150 0℃的流动氮气中用工业纯铝粉、硅粉和氧化铝粉制备不同Z值 β Sialon相材料的氮化烧结技术。氮化后最终产物为 β Sialon ,其实际Z值接近配方Z值。高Z值试样残余少量Al2 O3并伴生少量 15R相。β Sialon的显微形貌特征随Z值变化明显 ,从低Z值的纤维状向板带状或长剑状过渡 ,直到高Z值的棱柱状。β Sialon的抗碱侵蚀能力在配方Z值为 1.5～ 2 .5时最佳 。

铝锆碳材料的抗氧化性研究

研究了Si、Al、B4C及复合添加物对铝锆碳材料的抗氧化性和物理性能的影响 。

塑性相结合刚玉复合砖的高温性能

通过设定高炉使用条件 ,将塑性相结合刚玉复合砖与现在高炉使用的刚玉莫来石砖及棕刚玉碳化硅砖在同等实验条件下进行了高温性能的比较。结果表明 :塑性相结合刚玉复合砖的结构致密 ,高温抗折强度高 ;而且在高温还原气氛下 ,其基质中的Si可与C和N2 反应 ,生成具有良好抗炉渣、铁水和碱金属侵蚀能力的碳化物和氮化物 ,并填充表面的间隙 ,形成一个良好的防护层 ,因此其抗侵蚀性能优于棕刚玉碳化硅砖和刚玉莫来石砖。

β-sialon-Al_2O_3-SiC系复相材料的高温强度和显微结构

研究了βsialonAl2O3SiC系列复相材料在室温至1400℃的抗折强度随温度的变化规律和显微结构。各试样的强度随温度增加而上升,并在1200℃时出现最大峰值,增强机制理解为残余应力松弛和试样表面氧化膜共同作用使其抗折强度增加。温度大于1200℃时,强度开始下降。显微结构研究显示:各温度下富SiC试样断口致密;βsialon与SiC有很好的结合强度;刚玉和碳化硅颗粒以穿晶断裂为主。富Al2O3试样中的刚玉颗粒在高温下较大的热膨胀弥合了与基质之间在中低温下存在的微裂纹间隙,有利于增加强度,其断裂形貌从低温时沿晶断裂转变到高温的穿晶断裂为主。各试样在1400℃时,仍然维持有46MPa至57MPa的高强度。

Al_(2)O_(3)对Si_(3)N_(4)结合SiC材料抗氧化和抗碱侵蚀性的影响

研究了添加 0～ 8%Al2 O3对烧成Si3N4结合SiC耐火材料的显微结构、抗氧化和抗碱侵蚀能力的影响。借助XRD、SEM及光学显微镜观察发现 :添加Al2 O3通过氮化反应烧结使得材料基质中的Si3N4由纤维状Si3N4向柱状Sialon相转化 ,显微结构更加致密。 4# 试样中的Al2 O3加入量对提高Si3N4结合SiC耐火材料的抗氧化和抗碱侵蚀性的作用已极其明显。

铝锆炭滑板在浇铸钙处理钢时的化学侵蚀

利用扫描电镜对抗钙处理钢液侵蚀试验后的铝锆炭残样进行了显微结构观察 ,并分析了铝锆炭滑板在钙处理钢液中的化学侵蚀机理。结果表明 :高温下 ,钙处理钢液中的Ca及CaO会与滑板中的Al2 O3 、SiO2 发生反应 ,生成低熔点的 12CaO·7SiO2 (1392℃ )和 2CaO·SiO2 ·Al2 O3 (15 39℃ )等物质 ,这些低熔物被钢水冲刷掉 ,使得滑板表层的Al2O3 和SiO2 含量迅速降低 ,从而导致了滑板的损毁。

空气气氛中烧成刚玉-氮化硅复合材料的研究

对刚玉-氮化硅复合材料在氮气中埋炭、空气中埋炭和空气 3种气氛中加热时可能发生的、对烧结有影响的重要反应进行了热力学分析,然后按m(Al2O3 ) : m(Si3N4 ) =62. 5: 37. 5的配比制成试样,在上述 3种气氛中于 1600℃保温 2h烧成,并对烧成后试样的性能、相组成以及空气气氛中烧成后试样的显微结构进行了分析。结果表明:在氮气中埋炭或空气中埋炭烧成时,材料的烧结情况没有在空气气氛中的好;在氮气中埋炭和空气中埋炭烧成后试样中分别生成了少量的β SiAlON或SiC,而在空气气氛中烧成后试样中出现了莫来石、石英和X相,残留了较多的β Si3N4;在空气气氛中烧成后,试样断面明显分为氧化层和非氧化层,其间有一沉积致密层。

MgAlON结合镁质和尖晶石质材料的烧结性能

以镁砂或尖晶石为骨料,以Al-Al2O3 -MgO混合粉为基质料,采用氮化烧结法制成MgAlON结合镁质和尖晶石质复合材料,研究了烧成温度和基质料中Al2O3、Al比 (质量比,下同 )和Al2O3、MgO比对试样烧结性能的影响。研究表明:以尖晶石为骨料的试样的烧结致密化程度随烧成温度的升高而提高,但以镁砂为骨料的试样在 1400℃时烧结致密化程度最差;随着基质料中Al2O3、Al比的提高,以镁砂为骨料的试样的烧结致密化程度基本上呈增加趋势,以尖晶石为骨料的试样的烧结致密化程度则基本上呈下降趋势;当基质料中Al2O3、MgO比为 2. 33时,以镁砂为骨料的试样的烧结致密化程度最差,而以尖晶石为骨料的试样的烧结致密化程度随着基质料中Al2O3、MgO比的提高而降低。

H_2C_2O_4和CO_2复合表面处理镁钙砂及其浇注料的性能

首先采用H2C2O4溶液对镁钙砂进行表面浸渍,然后在CO2气氛下于450℃1h热处理而制得抗水化的镁钙砂,再以此镁钙砂和电熔镁砂为原料制成不同CaO质量分数(0、10%、20%、30%)的浇注料,并研究表面处理后镁钙砂的抗水化性,镁钙浇注料的抗水化性、物理性能、抗渣渗透性及其对钢水的脱磷和脱硫效果。结果表明,经H2C2O4和CO2处理后的镁钙砂,其表面形成了一层均匀的、在低温(低于600℃)下主要由CaC2O4和CaCO3构成的保护膜,使其抗水化效果优于用H3PO4或单独用CO2处理的。采用这种镁钙砂制成的镁钙浇注料具有良好的抗水化性能,其常规物理性能优于镁质浇注料和用未处理镁钙砂制的浇注料,抗渣渗透性能强于镁质浇注料的,脱磷、脱硫效果也较未处理镁钙浇注料的更显著。

热处理温度对刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料(粒度8～3,3～1和≤1 mm),板状刚玉细粉、活性氧化铝微粉(d50=2.26μm,w(Al2O3)>99%)、镁铝尖晶石粉、镁砂(粒度≤0.088 mm,w(MgO)>94.56%)为基质,纯铝酸钙水泥为结合剂,浇注振动成型为40 mm×40 mm×160 mm的样条。研究了不同热处理温度(1 450、1 550、1 600、1 650和1 700℃)对纯铝酸钙水泥结合的刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响。采用XRD分析试样基质的相组成,用SEM观察试样显微结构和断口形貌,并用EDS对微区成分进行分析。结果表明:刚玉-尖晶石质浇注料常温抗折强度以及1 300℃风冷热震后抗折强度和强度保持率均随热处理温度的升高先增大后减小,1 600℃3 h热处理试样的抗热震性最好。1 600℃3 h热处理试样中存在作为应力缓冲机制的网状交织结构明显,对热应力的缓冲能力更强,同时,Al2O3在尖晶石中有适当程度的固溶,增强了基质间的结合强度,试样的断裂功增大,有利于提高材料的抗热震性。