Cr_(2)AlC对自结合SiC耐火材料服役性能的影响

为优化自结合SiC耐火材料的性能,以碳化硅(3~1、≤1和≤0.074 mm)、硅粉(≤45μm)和石墨(≤10μm)为原料,Cr_(2)AlC粉体(≤74μm)为添加剂,在150 MPa下压制为25 mm×25 mm×40 mm的坯体,经110℃干燥、1 300℃热处理后制备自结合SiC耐火材料。研究了Cr_(2)AlC加入量(加入质量分数分别为0、1%、3%和5%)对其常温物理性能、抗硫酸钠侵蚀性能以及抗水蒸气氧化性能的影响。结果表明:随着Cr_(2)AlC加入量增加,经110℃干燥后试样的常温物理性能差异不大,经1 300℃热处理后试样的常温物理性能呈现出逐渐升高的趋势,抗硫酸钠侵蚀性能先升高后降低。当Cr_(2)AlC粉体加入量为3%(w)时,试样在水蒸气中的质量变化率也较低,综合性能较优。

高炉用Si_3N_4结合的SiC质耐火材料的氧化

通过称重方法和表面显微结构的观察,较系统地研究了高炉用Si_3N_4结合的SiC质耐火材料在空气、水蒸汽和不同CO/CO_2比的混合气相中的氧化过程,探讨了该材料的氧化动力学。本文针对高炉冷却设备漏水情况而设计的水蒸汽氧化及其模拟高炉冶炼环境而设计的不同CO/CO_2比混合气相中的氧化实验结果,为研究高炉用Si_3N_4结合的SiC质耐火材料的蚀损过程提供了一定的理论依据。

添加多晶硅废料制备SiC/Si_3N_4复相结合SiC耐火材料

以碳化硅、多晶硅废料、金属硅粉为原料,纸浆废液为结合剂,采用反应烧结工艺制备SiC/Si3N4复相结合SiC耐火材料。运用热力学分析了利用多晶硅废料代替部分工业金属硅粉和碳化硅细粉制备SiC/Si3N4复相结合SiC耐火材料的理论可行性。系统地分析了单质硅氮化机理,提出Si首先与N2中的微量氧反应形成气态SiO,至体系氧分压降至P(O2)/Pθ<1×10-18.9,Si直接氮化。研究了多晶硅废料对材料物相组成和微观结构的影响。结果表明:利用多晶硅废料制备的SiC/Si3N4复相结合SiC耐火材料性能优异;多晶硅废料的添加使反应生成的结合相由原先单一的Si3N4变为Si3N4和β-SiC,两结合相发挥各自的性能优势;多晶硅废料中的硅粉粒径小,活性大,与工业金属硅粉共存时能发生逐级氮化作用,增加了纤维状Si3N4含量,优化了材料结构。

利用硅切割废砂浆制备Si3N4结合SiC耐火材料

以光伏企业线切割硅产生的废砂浆(其w(SiC)=25%,w(Si)=60%)为主要原料,加入不同比例的SiC粉(废砂浆与SiC粉的质量比为65∶35～35∶65),加无水乙醇球磨、干燥、加PVA造粒后,以10 MPa压力(保压1 min)成型为55 mm×5 mm×5 mm的坯体,在1 450℃氮气气氛中烧结制备了Si3N4结合SiC耐火材料,然后检测其常温抗折强度、显气孔率、体积密度,并进行XRD分析。结果表明:烧后试样的常温抗折强度较高,最高达50.2 MPa,但致密度较低,显气孔率在31.20%～35.64%之间;烧后试样中只有SiC和Si3N4两相,单质Si已完全氮化生成了Si3N4。

不同结合剂对高铝耐火材料性能的影响

高铝耐火材料因其优异的高温性能和化学稳定性,在工业窑炉和冶炼设备中得到广泛应用。结合剂作为耐火材料中的关键组分,对材料的整体性能有着显著的影响。文章通过实验研究了不同结合剂对高铝耐火材料的常温强度、高温强度、热稳定性、抗侵蚀性能、热膨胀性能以及抗渣性的影响,并对比分析了不同结合剂的高铝耐火材料性能,旨在为高铝耐火材料的优化设计提供理论依据。

以蔗糖为结合剂制备ZrN-SiAlON-SiC复相耐火材料

为降低耐火材料对大气的污染,保护环境,以天然锆英石、中低品位铝矾土和Si C粉为主要原料,首先将锆英石和中低品位铝矾土按质量比为9 1配料在N2气氛中于1 600℃保温3 h碳热还原氮化合成Zr N-Si Al ON粉体;然后选用蔗糖为环保型碳质结合剂,以60%(w)的Si C粉和40%(w)的Zr N-Si Al ON粉体,经150℃烘干后制备了Zr N-Si Al ON-Si C复相耐火材料,并研究了蔗糖外加量(外加质量分数分别为4%、8%、12%和16%)对复相材料经150℃烘干和1 500℃热处理后材料性能的影响。结果表明:当蔗糖外加量为12%(w)时,经过150℃烘干后的Zr N-Si Al ON-Si C复相耐火材料的显气孔率最小(17.6%),体积密度最大(2.48 g·cm-3),抗折强度最大(22.2 MPa);经1 500℃热处理后,蔗糖结构被破坏,粘结性降低,导致耐火材料显气孔率变大,体积密度减小,抗折强度降低。

Si3N4结合SiC耐火材料的高温重烧结研究

以Si粉、SiC颗粒和细粉为原料,通过反应烧结(最高烧成温度1 420℃)制备Si_3N_4结合SiC标型砖,再将标型砖在流动N2气氛、1 750℃烧结2. 5 h,制得重烧结Si_3N_4结合SiC耐火材料。利用XRD、EDS、SEM和压汞法对重烧结前后的Si_3N_4结合SiC试样的化学组成、微区组成、微观结构以及孔径分布等性能进行检测,其结果表明:Si_3N_4结合SiC耐火材料高温重烧结后,外形基本没有变化,材料体积密度少量降低,常温抗折强度和1 400℃抗折强度少量提高,试样中纤维状Si_3N_4消失,α-Si_3N_4全部转变为较大尺寸的柱状β-Si_3N_4;试样平均孔径显著增加;试样抗高温水蒸汽氧化性能显著提高。

硅锭线切割回收料制备高性能Si3N4结合SiC耐火材料的研究

以硅锭线切割回收料为主要原料,采用氮气气氛中反应烧结制备Si3N4结合SiC耐火材料,研究了烧成制度、原料配比、颗粒级配等对制品的气孔率、抗弯强度的影响。结果表明:原料Si含量为25%为最优配方;1300℃、1400℃分别保温2.5 h是合适烧成制度;合适颗粒级配的骨料添加可以降低气孔率。硅锭线切割回收料制备的Si3N4结合SiC耐火材料最高强度达到了88.4 MPa,具有很好应用前景。

添加Si粉结合SiC耐火材料(塔盘)的研制

研制开发了一种使用添加Si粉结合的SiC耐火材料(塔盘),分析反应烧结Si粉结合SiC塔盘的成型、烧结过程。

赛隆结合耐火材料的工业应用研究与展望

综述了塞隆结合耐火材料的研究进展,讨论了赛隆及赛隆结合耐火材料合成与生产的工艺方法,分析了赛隆结合耐火材料的结构、性能与应用途径。

Sialon结合刚玉耐火材料的制备

利用天然高岭土通过碳热还原氮化法合成β′-Sialon（Si2Al3O3N5）粉体，并制备出Sialon结合刚玉耐火材料。Sialon结合刚玉耐火材料可在1550～1640℃烧结，烧结体的体积密度为3．10g·cm－3，气孔率21％，抗折强度85．0MPa，900℃冷水淬冷10次制品仍保持原有强度，1350℃空气流中重量增加低于0．30％。

Ti-Si-Fe合金添加量对Si_(3)N_(4)结合SiC材料结构与性能的影响

为促进Si_(3)N_(4)结合SiC耐火材料的致密化,降低Si粉氮化温度,以SiC颗粒和细粉、Si粉为主要原料,利用从高钛型高炉渣提取的Ti-Si-Fe合金部分取代Si粉,在埋碳气氛下于1350℃反应烧结5 h,制备了Si_(3)N_(4)结合SiC耐火材料。研究了Ti-Si-Fe合金添加量(加入质量分数分别为0、1.8%、3.6%、5.4%、7.2%)对Si粉的氮化行为、材料力学性能和显微结构的影响,并探讨了氮化反应烧结机制。结果表明:1)随着Ti-Si-Fe合金添加量的增加,材料的常温力学性能和高温抗折强度明显改善,荷重软化温度均超过1700℃,Ti-Si-Fe合金添加量超过3.6%(w)后材料性能的增幅变缓;2)Ti-Si-Fe合金促进了Si粉在较低温度下的完全氮化和材料的反应烧结,Ti-Si-Fe合金中各物相及Si粉氮化反应的体积增加能够充填气孔,氮化产物改善骨料与基质、基质内部的结合状态,从而提高材料的致密化程度,改善力学性能;3)引入Ti-Si-Fe合金后,反应体系中形成了富含Ti、Si、N、Fe成分的液相,氮化物的形成除传统的VS、VLS机制外,溶解-沉淀机制在短柱状β-Si_(3)N_(4)、粒状TiN的形成中起到主导作用,交错连结的α-Si_(3)N_(4)晶须、短柱状β-Si_(3)N_(4)、粒状TiN对材料的力学性能起到增强作用。

Cr2O3催化氮化制备Si3N4/SiC耐火材料及其性能

以SiC粉和硅粉为原料,原位合成的Cr_2O_3为催化剂,采用催化氮化法制备了Si_3N_4/SiC耐火材料,研究了催化剂用量及氮化温度对耐火材料物相组成、微观形貌、物理性能和力学性能的影响。结果表明:当氮化温度为1 673K,Cr_2O_3含量(与硅粉质量之比,下同)为3%时,硅粉完全氮化,耐火材料主要由颗粒状SiC和晶须状α-Si_3N_4、β-Si_3N_4等组成;随着Cr_2O_3含量的增加,Si_3N_4晶须的数量增多,长度增大,耐火材料变得致密;随氮化温度的升高,耐火材料的抗折强度和耐压强度均增大,当氮化温度为1 673K、Cr_2O_3含量为3%时,抗折强度和耐压强度均最大,分别为34MPa和132MPa。

树脂结合陶瓷/炭复合耐火材料的导电机理

通过对不同电压、不同碳含量与不同热处理温度下树脂结合陶瓷／炭复合导电耐火材料的导电性能分析。

含碳耐火材料酚醛树脂结合剂的研究现状与展望

含碳耐火材料不仅热导率较高,具有较好的抗热冲击性能,而且与熔渣不润湿,具有良好的抗侵蚀性能,因此大量生产并在冶金工业中广泛应用。酚醛树脂因具有与石墨润湿、残碳率高、环境友好、结合强度较高的特点而广泛用作含碳耐火材料结合剂。然而,酚醛树脂热解碳为脆性的非晶结构,不仅在应力作用下易脆性断裂,而且在高温下容易氧化。很多研究致力于酚醛树脂的化学改性。为提高酚醛热解碳的抗氧化性能或力学性能,提高酚醛树脂残碳率,通常添加过渡金属化合物、纳米碳、半导体陶瓷作为催化剂以提高热解碳的有序度,或者在其酚醛树脂热解碳基体中生成具有较高石墨化度的碳纳米管、碳纳米纤维以及Si C纳米线。

一维或二维结合相对含碳耐火材料强度和韧性的影响

含碳耐火材料在高温下会发生酚醛树脂结合剂炭化和氧化物的还原反应,从而生成含碳气相或亚稳态氧化物气相,通过高温原位催化技术,可有效实现这些气相成分沉积生长,促进一维或二维结合相的原位生成,从而显著改善含碳耐火材料特别是低碳材料的强度和韧性。研究发现:1)酚醛树脂在高温下可形成碳纳米管结构,其氧化峰值温度可从506℃提高到664.6℃;2)MgO-C耐火材料中可原位形成一维MgO晶须或MgAl_2O_4晶须,其常温抗折强度、常温耐压强度、断裂位移量和经1100℃■水冷热震循环2次后残余耐压强度分别提高66%、47%、13%和26%;3)Al_2O_3-C耐火材料中可原位形成二维片状β-SiAlON阵列结构,而二维阵列结合相的生成,可将材料强度提高60%以上,1100℃■水冷热震循环2次后残余耐压强度仅降低4.5MPa。可见,含碳耐火材料中一维或二维结合相的高温原位生成,可显著改善含碳耐火材料的综合物理性能,是耐火材料低碳化增强和增韧的发展方向。

添加ZrO_2-SiC复合粉及工业SiC粉对刚玉耐火材料性能的影响

研究了利用碳热还原锆英石于1 600℃下保温4 h合成的ZrO2-SiC复合粉以及工业SiC粉添加剂对刚玉耐火材料体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度及抗热震性能的影响。结果表明,随添加剂用量的增加,耐火材料的体积密度、抗折强度和耐压强度逐渐增加。添加ZrO2-SiC复合粉的质量分数为4%或SiC的粉的质量分数为6%后,耐火材料的体积密度最大,分别为3.04和2.96 g·cm-3;添加ZrO2-SiC复合粉的质量分数为4%的耐火材料的抗折强度为35.38 MPa;当添加ZrO2-SiC复合粉或SiC粉的质量分数为6%时,耐火材料的耐压强度最高,分别为53.44和51.56MPa,且其强度保持率最高,抗热震性最好。

Na^+对制备Al_4SiC_4/Al_4O_4C复合耐火材料的影响

以焦宝石、活性炭和铝粉为原料,添加Na2CO3制备Al4SiC4/Al4O4C复合耐火材料。采用化学分析、XRD和SEM等测试技术,研究了Na+对材料物相组成和显微结构的影响。结果表明:添加Na2CO3加速了Al2O3和活性炭的反应,促进了Al4O4C的生成。未添加Na2CO3时生成的Al4SiC4晶粒表面光滑,添加Na2CO3后Al4SiC4晶粒粗糙、凹凸,缺陷明显增加。此外,未添加Na2CO3的试样中生成的Al4O4C呈短纤维状,添加Na2CO3后全部转变为细小颗粒。

不定形耐火材料的结合方式及其发展动态

本文介绍了不定形耐火材料的水合结合，化学结合(含聚合结合)、陶瓷结合、粘着(附）结合，凝聚结合的机理及其用途。根据结合方式的变化认为：浇注耐火材料的发展趋势为水合结合→化学结合→水合结合→凝聚结合→凝聚结合。另一方面发展趋势为高水份→低水分→无水分。实际上前者是为了获得高纯度，而后者则是为了获得高密度。

不定形耐火材料用结合剂的发展

分析了各种结合剂的使用情况，认为高稠度陶瓷结合剂悬浮液是不定形耐火材料比较理想的结合剂。它不仅有许多优良性能，而且对于节约资源和能源，保护环境，提高经济效益都是有益的。