氧化硼对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料力学性能的影响

为了利用氧化硼“间接烧结”特性,进一步提升Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料的力学性能,以氧化硼(≤0.075 mm)为助烧剂,制备了以FM60莫来石颗粒、致密刚玉、碳化硅、α-Al_(2)O_(3)微粉等为主要原料的浇注料,探究了氧化硼细粉加入量(加入质量分数分别为0、0.2%、0.4%和0.6%)对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料结构与性能的影响。结果表明,添加氧化硼细粉会显著提升浇注料的加水量,但其有利于晶须状莫来石的生成,从而加强骨料和基质间的结合强度,试样的力学性能得到明显提升。但当氧化硼细粉加入量提高至0.6%(w)时,试样中莫来石晶须长径比减小,试样的强度降低。综合以上结果,氧化硼最佳加入量为0.4%(w)。

用后铁沟料加入量对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料性能的影响

为提高用后耐火材料的再利用率,以棕刚玉、用后铁沟料、白刚玉、碳化硅、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉等为主要原料,制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料。探究了用后铁沟料加入量(加入质量分数分别为0、14%、28%、42%和56%)对浇注料性能的影响。结果表明,随用后铁沟料加入量的增加,浇注料的加水量显著增加,试样经1450℃保温3 h热处理后由膨胀转变为收缩,试样经110℃保温24 h及1450℃保温3 h热处理后的体积密度、常温抗折强度、抗侵蚀性能均呈现下降趋势,但当用后铁沟料加入量不超过28%(w)时,性能下降幅度较小。将用后铁沟料加入量为28%(w)的浇注料用于1080和1350 m3高炉铁沟支沟与渣沟,取得了良好服役效果,主体结构服役周期大于70 d。

铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响

在长期高温服役过程中,铀床的氚渗透泄露问题是聚变堆涉氚系统中需要关注的焦点之一,而一种行之有效的解决思路是在内壁制备阻氚涂层.然而,服役过程中通过热扩散渗入涂层内部的铀可能在阻氚涂层氢行为中起作用,进而影响其服役可靠性.基于此,采用第一性原理计算方法,研究了铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响.结果发现,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的存在形式、电荷态及相对稳定性有重要影响.从形成能观点来看,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的形成有利,且α-Al_(2)O_(3)中空位型点缺陷对氢的捕陷能力因铀的引入显著增加.研究结果对α-Al_(2)O_(3)基内壁阻氚涂层在氚工艺系统铀床中应用的可靠性评估具有重要的指导意义.

MnCe-Al_(2)O_(3)球形颗粒的制备及其催化燃烧环己烷性能

挥发性有机物(VOCs)的大量排放会导致环境污染和健康危害,催化燃烧是高效降解VOCs的重要手段之一.采用海藻酸盐溶胶-凝胶法合成了MnCe-Al_(2)O_(3)球形颗粒作为环己烷催化燃烧催化剂,结果表明,Mn催化剂中适当添加Ce可提高MnOx的分散性,降低催化剂H_(2)-TPR还原温度.催化剂中Mn和Ce摩尔比为3∶1、煅烧温度650℃时,催化剂催化燃烧环己烷活性最高,可以在345℃实现环己烷的完全转化.反应24 h后,催化剂仍显示出几乎100%的环己烷转化率,表现了良好的催化稳定性.与浸渍法制备的催化剂相比,MnCe-31-Al_(2)O_(3)-650催化剂活性更高.

石墨类型对Al_(2)O_(3)-MgO浇注料性能的影响

为开发高性能含碳浇注料,首先以Si粉和鳞片石墨为原料,采用熔盐隔离法,经1350℃保温3 h制备了SiC包覆石墨;然后以板状刚玉颗粒、白刚玉粉、电熔镁砂粉、氧化铝微粉、Secar 71水泥、SiO_(2)微粉等为主要原料,分别将鳞片石墨和SiC包覆石墨引入其中,经1100、1600℃埋碳热处理后制备了Al_(2)O_(3)-MgO浇注料空白试样以及Al_(2)O_(3)-MgO-C浇注料试样,研究了石墨类型对浇注料性能的影响。结果表明:1)与未添加石墨的Al_(2)O_(3)-MgO浇注料试样相比,加入鳞片石墨的浇注料试样成型所需加水量显著增加,常温抗折强度明显降低,显气孔率明显升高,但抗热震性和抗渣性有所改善;加入SiC包覆石墨的浇注料试样加水量略有增加,常温抗折强度有所降低,显气孔率略有增加,高温强度、抗热震性和抗渣性改善。2)随着热处理温度的升高,试样的常温强度、加热永久线变化率均明显增加。3)当加入5%(w)SiC包覆石墨,热处理温度为1600℃时,试样综合性能最佳,其常温抗折强度为16.9 MPa,显气孔率为16.0%,高温抗折强度为2.0 MPa,抗热震性和抗侵蚀性能良好。

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。

国产Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料的室温和1000℃拉伸性能

连续氧化铝纤维增强氧化铝复合材料(Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3))是发展高性能航空发动机热端部件的理想材料。本工作研究了国产Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料的室温和1000℃拉伸力学性能,使用SEM观察拉伸试样的微观形貌和断口形貌,使用TEM观察纤维的微观结构,采用Weibull分布统计分析抗拉强度,利用纤维推入法得到纤维/基体界面剪切强度。结果表明,国产Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料室温抗拉强度为(257±31)MPa,1000℃的抗拉强度为室温的78%,已达到国际Nextel610/Al_(2)O_(3)水平。研究发现,界面结合强度是影响抗拉强度的主要因素。界面结合强度较低,纤维拔出长且分散,抗拉强度高;界面结合强度较高,发生纤维束断裂,且纤维拔出变短,抗拉强度低。

改性石墨对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

为了解决鳞片石墨因密度小、润湿性差和分散困难而难以在浇注料中使用的问题,首先采用硅烷偶联剂KH-560对≤0.178和≤0.074 mm的鳞片石墨分别进行改性处理,得到两种粒度的改性石墨;然后在传统Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料配方(w):电熔致密刚玉62%、SiC粉24%、α-Al2O3微粉5%、纯铝酸钙水泥4%、SiO2微粉3%、球状沥青(≤1 mm)2%的基础上,分别用0.5%(w)的改性前后的石墨等量取代球状沥青,以研究KH-560硅烷偶联剂改性鳞片石墨对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响。结果表明:与原石墨相比,改性后石墨的分散性明显改善,浇注料的需水量大幅降低,且加入≤0.178 mm改性石墨的试样分散效果较好;含石墨试样的常温物理性能均有所下降,但加入≤0.178 mm改性石墨的试样强度和体积密度都明显高于加入其他石墨的,仅略低于无石墨的;加入石墨的试样抗渣性能明显得到提高,且加入≤0.178 mm改性石墨试样的抗渣性能最佳。综合考虑浇注料的各项性能,认为经硅烷偶联剂改性的鳞片石墨可部分取代球状沥青,且最佳粒度为≤0.178 mm。

原位生成SiAlON增强Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料的力学性能

根据热力学计算 ,在还原气氛下 ,通过引入Si3N4 和提高Si的加入量等途径原位合成制备出SiAlON增强Al2 O3-SiC -C浇注料是完全可行的。实验研究了Si3N4 的加入量和Si的加入量对Al2 O3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响。结果发现 :随着Si3N4 加入量的提高 ,材料的力学性能先增大 ,后减小 ,加入量为 6 %时材料力学性能最佳 ;Si的加入量对材料性能的影响较为显著 ,材料的力学性能随着其加入量的增多而逐渐提高 ,其最佳加入量为 5 %。XRD及SEM分析结果表明 ,SiAlON增强Al2 O3-SiC -C铁沟浇注料性能优良的根本原因是由于Si3N4 、Si与Al2 O3原位反应生成的SiAlON改变了材料基质结合形式 ,提高了基质的固

矾土骨料对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

为降低铁沟浇注料的原料成本,以粒度>1 mm的高铝矾土熟料GL-90和矾土均化料GL-88分别替代常规棕刚玉质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料中>1 mm的棕刚玉颗粒,研究了这两种不同矾土骨料对铁沟浇注料的影响。结果表明:不同矾土骨料对铁沟浇注料的流动性、体积密度、强度以及抗渣侵蚀性均有不同程度的影响。相对矾土均化料而言,品位较高的高铝矾土熟料更适合作为铁沟浇注料中棕刚玉的替代品,以其为主要骨料制成的铁沟浇注料,其各项性能指标与以常规棕刚玉质铁沟浇注料的更为接近,而且在铁水温度不高、热冲击较小的中小型高炉上,这种铁沟浇注料与棕刚玉质铁沟浇注料的使用效果差别不大;而在铁水温度较高、热冲击大的高炉上,与棕刚玉质的使用效果差别较大,尤其是在撇渣器前端回旋区,应尽量使用棕刚玉质的铁沟浇注料。

蓝晶石对硅溶胶结合Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

为了提高Al2O3-Si C-C浇注料在高温使用过程中的体积稳定性,用蓝晶石粉部分替代Al2O3-Si C-C浇注料中的白刚玉粉,研究了蓝晶石加入量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%和6%)对浇注料经烘干和1 400℃保温3 h热处理后物理性能的影响。结果表明:随着蓝晶石加入量的增加,试样经1 400℃保温3 h热处理后由微收缩逐渐变为微膨胀,体积稳定性以蓝晶石加入量为5%(w)时为最好。经110℃烘24 h后试样的显气孔率、常温耐压强度和常温抗折强度变化都很小,体积密度基本上呈降低趋势;经1 400℃保温3 h热处理后试样的显气孔率基本上呈先升高后降低的变化趋势,体积密度则呈相反的变化趋势,并且均以蓝晶石加入量3%(w)为拐点;常温耐压强度和常温抗折强度略有降低,但降低幅度很小。同一配比的试样,1 400℃保温3 h热处理后的体积密度、显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度均比经110℃烘24 h后的高。XRD、SEM和EDS分析表明,蓝晶石发生了一次莫来石化反应而产生体积膨胀,有效缓解了试样的烧结收缩,使试样具有较好的体积稳定性。

碳源对Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料性能影响的研究进展

本文综述了沥青、炭黑、焦炭和石墨等常规碳源,表面改性碳以及新型碳源对Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料性能影响的研究概况。沥青在Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料中发挥着重要作用,其加热软化后渗透或挥发、凝结到浇注料的缝隙或气孔中,可以增强颗粒之间的结合,改善高温下液相分布,避免过烧结,显著提高浇注料的抗渣性能。炭黑粒度细小,可充分填充空隙,降低烧后试样的气孔平均孔径,改善高温下抗侵蚀性。炭黑、焦炭和石墨等常规碳源适合作为附加碳源和沥青配合使用,达到互补的效果。表面改性碳中造粒石墨具有较好的应用效果,可大幅提高Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中鳞片石墨的引入量,显著提高抗渣性能。新型碳源中含碳树脂粉Carbores P配合沥青添加到Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中可有效提高铁沟服役寿命。

硅粉对硅溶胶结合Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以特级矾土熟料（5～3、3～1 mm）、棕刚玉（≤1 mm）、SiC（≤1 mm）、球状沥青（1～0．5 mm）、电熔白刚玉（≤0．074 mm）、活性α-Al2O3微粉、SiO2微粉、硅粉（d50＝20．81μm）为原料制备Al2O3-SiC-C浇注料，分别以质量分数为0、1％、2％、3％、4％、5％和6％的硅粉等量替代白刚玉粉，研究了硅粉对浇注料常温物理性能和抗氧化性能的影响，并采用Factsage、SEM和EPMA等手段对试样进行热力学分析和显微结构分析。结果表明：1）随着硅粉含量的增加，试样的显气孔率逐渐降低，体积密度先增大后减小，常温强度明显提高。2）硅粉可以提高浇注料的抗氧化性能，在硅粉加入量为4％（w）时，其抗氧化性能最好。3）抗氧化试验后，试样边缘部位原位反应生成的莫来石堵塞了气孔，使得试样边缘结构致密；试样过渡区域有少量的莫来石和SiO2生成，封闭了表面的气孔，进一步阻止了氧气的进入；试样中心区域有少量晶须状的SiC生成，填充在骨架结构中，起强化增韧的作用。

硅溶胶结合Al_2O_3-SiC-C浇注料的抗侵蚀性能

以致密刚玉、碳化硅、炭素材料、氧化铝微粉、刚玉微粉等为原料,以硅溶胶为结合剂制备了Al2O3-SiC-C浇注料,与高炉出铁场应用的主沟铁线料、渣线料以及脱Si用摆动流嘴料对比进行了抗高炉水渣、脱Si渣和脱P渣侵蚀试验研究,侵蚀试验采用静态坩埚法(氧化气氛,1450℃3h)和动态旋转法(1500℃,转速为60r.min-1,试验旋转时间10min)两种方法进行。另外,对所研制的浇注料又进行了静态坩埚强化侵蚀试验:1500℃3h抗渣侵蚀试验和2次1450℃3h抗渣侵蚀试验。结果表明:所研制的硅溶胶结合Al2O3-SiC-C浇注料对3种渣的抗侵蚀性能均比目前高炉出铁场使用的主沟铁线料、渣线料以及脱Si用摆动流嘴料要好;在3种铁水预处理渣中,脱Si渣和脱P渣对材料的侵蚀较严重。

复合抗氧化剂加入量对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔棕刚玉为骨料，电熔棕刚玉粉、活性α-Al2O3微粉、黑碳化硅粉、球状沥青、SiO2微粉、纯铝酸钙水泥等为基质料，配以质量分数为2％、2．3％、2．6％、2．9％的复合抗氧化剂，搅拌均匀制备成Al2O3-SiC—C质浇注料。外加5％（埘）的水搅拌3～5min后，检测浇注料的流动性；经振动成型、养护、脱模、干燥后，于1500℃空气气氛中热处理3h，测定热处理后试样的质量损失率、体积密度、显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度和抗热震性。结果表明：随着复合抗氧化剂加入量（W）从2％增加到2．9％，浇注料的流动性变化不大并且保持较高的水平，显气孔率、体积密度和常温强度变化不大，质量损失率从1．14％减小到0．35％，氧化层厚度逐渐减小；复合抗氧化剂加入量为2．9％（W）的试样热震后耐压强度仍保持在70MPa左右，具有较好的抗热震性。

高炉出铁沟用Al_2O_3-SiC-C质浇注料的研究进展

介绍了Al2O3、SiC和碳3种主要原料在Al2O3-SiC-C质浇注料中的作用,详细综述了不同氧化物及非氧化物添加物、结合剂、粒度分布及分散剂对其性能的影响及机理,分析了Al2O3-SiC-C质浇注料未来的发展趋势,并提出了将来可能的研究方向。

废Al_2O_3-SiC-C砖在铁沟浇注料中的回收利用

为了开发废Al2O3-SiC-C砖的回收利用,以废Al2O3-SiC-C砖颗粒作为骨料取代高铝均化料,制备了一系列废Al2O3-SiC-C砖不同掺入量(质量分数25%、40%和55%)的铁沟浇注料。从试验检测结果和现场使用效果两方面对废Al2O3-SiC-C砖颗粒取代高铝均化料的可行性进行了对比分析,并从经济效益和社会效益两方面对废Al2O3-SiC-C砖的回收利用进行了综合评估。结果表明:随着废Al2O3-SiC-C砖掺入量的提高,浇注料的需水量逐渐增多,体积密度逐渐降低,烧后线变化率逐渐减小,强度略有降低但仍保持着较高水平,抗渣侵蚀性能未受明显影响;与原浇注料相比,掺入质量分数为40%的废Al2O3-SiC-C砖颗粒的浇注料在中小型高炉出铁场支沟及渣沟上的使用效果差别较小,寿命降低不明显,而原材料成本可大幅降低;另外,由于对废Al2O3-SiC-C砖进行了回收再利用,减少了大量固体废弃物堆砌造成的资源浪费与环境破坏,因此产生了显著的社会效益。

铝源和pH值对溶胶-凝胶法制备α-Al_(2)O_(3)粉体的影响

本文以硫酸铝、硝酸铝和氨水为原料,通过溶胶-凝胶法制备了形貌规则的α-Al_(2)O_(3)粉体。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)系统地研究了不同铝盐质量比和溶液的pH值对氧化铝粉体物相组成、形貌和分散性的影响。结果表明,通过调节硝酸铝和硫酸铝的质量比可以改变α-Al_(2)O_(3)粉体的分散性和形貌。其中,硫酸根离子的加入使得氢氧化铝前驱体转变为勃姆石相,且制得的α-Al_(2)O_(3)粉体形貌规则。随着pH值的升高,前驱体物相由无定形氢氧化铝经勃姆石相转变为拜耳石相,且制得的α-Al_(2)O_(3)粉体团聚严重。当硝酸铝和硫酸铝的质量分数分别为75%和25%,溶液pH值为7时,前驱体在1200℃下加热2 h,能够制得分散性良好、形貌规则的α-Al_(2)O_(3)粉体。

尖晶石对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

以新型亚白刚玉（8～5mm、5～3mm、3～1mm、≤1mm、≤0．044mm）、SiC（≤1mm、≤0．088mm）、尖晶石粉（≤0．044mm）、SiO2微粉、α-Al2O3微粉、铝酸钙水泥、Si粉和球状沥青等为主要原料，在Al2O3-SiC—C质铁沟浇注料的配料组成中分别加入质量分数为0、4％、7％、10％、13％的镁铝尖晶石粉，混练均匀后振动成型为40mm×40mm×160mm的条状试样和＋50／20mm×50／20mm的坩埚试样，经110℃24h和1450℃3h热处理后测定试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、常温耐压强度、烧后线变化率和抗渣性能，并且进行了XRD、SEM和EDS分析。结果表明：加入适量镁铝尖晶石粉后，由于改善了试样的成型密度，促进了试样的烧结，因而提高了试样的密度、强度、体积稳定性和抗渣性；但是，由于尖晶石和刚玉的热膨胀系数不同，加入过多的镁铝尖晶石粉会导致试样中产生过多的微裂纹，从而对试样的密度、强度、体积稳定性和抗渣性不利；本试验中，尖晶石粉的最佳加入量（质量分数）为10％；尖晶石加入量为10％的试样中有长度为30～80μm的SiC晶须生成，并且其颗粒与基质之间结合紧密。

Al_2O_3-SiC-C质热态湿式喷射浇注料的研究

以氧化铝微粉(为5.3μm和1.4μm两种粒度)、硅灰、碳化硅、沥青、硅粉、铝酸钙水泥和致密刚玉颗粒为原料,研究了防爆纤维和沥青加入量以及微粉、铝酸钙水泥和镁盐促凝剂加入量对热态施工的Al_2O_3-SiC-C质湿式喷射浇注料抗爆裂性能的影响;同时在致密刚玉骨料和碳化硅含量不变的情况下,分别改变沥青、水泥、硅粉的含量和两种粒度氧化铝微粉的质量比,研究了它们对浇注料粘结强度的影响。结果表明:当两种粒度氧化铝微粉的质量比为1:1时,对湿式喷射浇注料的减水、抗爆裂和抗剥落的作用效果较好;沥青和水泥对湿式喷射浇注料在喷补面的附着结合起到重要作用,当铝酸钙水泥含量为2.5%、沥青为2%时,粘结性能较好。研制的热态施工湿式喷射浇注料在4350m3高炉主沟上的使用结果证明:热态喷射施工没有出现明显的爆裂现象,喷射浇注料层在整个使用过程中都与原始层粘附牢固,喷射一次通铁量达到了3.06万t。