Al_(2)O_(3)在储能材料中的应用研究进展

Al_(2)O_(3)作为陶瓷材料、催化剂、催化剂载体及研磨磨料等有广泛的应用。因氧化铝具有优良的抗酸碱腐蚀性和力学等性能且热稳定性好、来源丰富,所以近年来逐渐开始应用在储能材料领域,进一步拓展了氧化铝的应用范围。主要针对氧化铝包覆后的二次储能电池正极材料、负极材料,以及改进隔膜的力学性能等方面进行研究。报道了近年来氧化铝在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、电解液、隔膜方面的应用研究进展。

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。

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。

结合剂对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

研究了铝酸钙水泥、铝酸钙水泥/SiO2微粉、-αAl2O3微粉以及-αAl2O3微粉/SiO2微粉4种结合剂对Al2O3-SiC-C质浇注料性能的影响。结果表明,加入-αAl2O3微粉结合剂的材料性能最好,可以获得性能良好的铁沟浇注料。

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。

改性石墨对Al2O3-SiC-C质浇注料性能的影响

以传统Al2O3-SiC-C质浇注料的基本配方为基础,制备成沥青质量分数为2%的Al2O3-SiC-C质浇注料和改性石墨质量分数分别为2%、4%和6%的Al2O3-SiC-C质浇注料,对比研究了这几种浇注料的流动性及经110℃、1 100℃和1 500℃处理后浇注体的体积密度、体积稳定性、强度、抗氧化性和抗渣性。结果表明:随着碳源由沥青改为改性石墨以及随着改性石墨加入量的增多,浇注料的需水量增多;不同温度处理后浇注体的体积密度均先增后降;烘干后强度降低较多,烧后强度变化相对较小;抗氧化性差别不大;高温抗折强度明显提高;添加改性石墨的浇注料比添加等量沥青的抗渣性差,但随着改性石墨加入量的逐渐增多,其抗渣性又有所提高。

Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的研究

研究了金属硅粉和硅灰的加入对Al2O3SiCC质铁沟浇注料性能的影响。结果表明:通过体积密度、显气孔率、强度等方面的测试、分析,确定金属硅粉和硅灰的加入量分别为0.5%和2%时,可获得性能良好的铁沟浇注料。

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。

含炭黑Al2O3-SiC-C浇注料基质流变特性研究

为了改善含炭黑Al2O3-SiC-C浇注料基质浆料的流变特性,进而提高浇注料的作业性能,以高炉出铁沟用含炭黑Al2O3-SiC-C浇注料基质为研究对象,研究了表面活性剂种类(N1055、SDBS、Tween-80、OP-10),加水量(外加质量分数22%~26%)和炭黑加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%、15%)对浇注料基质流变特性的影响。结果表明:1)对含炭黑的Al2O3-SiC-C浇注料的基质浆料而言,N1055、SDBS、Tween-80和OP-10四种表面活性剂中,效果较好的是N1055。2)随着加水量的增加,含炭黑Al2O3-SiC-C浇注料基质浆料的自流值逐渐增大,表观屈服应力和平均表观黏度逐渐减小。3)随着N990炭黑加入量的增大,含炭黑的Al2O3-SiC-C浇注料基质浆料的自流值呈减小趋势,表观屈服应力逐渐增大(尤其是在加入量达到9%(w)以上时屈服应力较大),平均表观黏度逐渐减小。

ZrO_2-SiC复合材料的合成及其添加对Al_2O_3-C质耐火材料抗氧化性能的影响

以锆英石和碳黑为原料,利用碳热还原反应在氩气气氛下合成了ZrO_2-SiC复合材料,并将其添加到Al_2O_3-C质耐火材料中.研究了加热温度对ZrO_2-SiC复合材料合成的影响以及添加ZrO_2-SiC对耐火材料抗氧化性能的影响.采用XRD分析合成材料的相组成,利用SEM观察材料的显微结构.研究表明,提高加热温度有利于ZrO_2-SiC复合材料的合成,在本实验条件下合成该材料的适宜温度为1873K.通过添加合成的复合材料,明显改善了Al_2O_3-C质耐火材料的抗氧化性能,且当添加6%(ZrO_2-SiC)复合材料时,耐火材料的抗氧化性能最佳.

SiAlON/Al2O3复合材料的结构性能和优质弥散相的合成热力学

为获得高性能低成本SiAlON/Al2O3基复合材料,详细探索了优质弥散相SiAlON的合成工艺,热力学反应机理,助烧剂对材料性能影响以及材料内部微结构表征。通过对1400～1700℃碳热还原氮化机理研究,分析得出系统可能存在的热力学反应,并得到相关实验的验证;通过材料内部微观组织观察及电子衍射标定研究,为该稀土氧化物掺杂、长柱晶SiAlON增强以及复合界面层固溶强化的先进复合材料设计与制备提供了有力佐证。

合成ZrO_2-SiC和工业SiC对Al_2O_3-C质耐火材料性能影响的对比

为了改善Al2O3-C质耐火材料的抗氧化性和抗热震性,向浇注料中分别添加0、2%、4%、6%的SiC或ZrO2-SiC复合粉,以酚醛树脂为结合剂,在200MPa下制备了2组试样,经250℃充分干燥后,于1400℃下埋炭处理2h,分别检测2组试样的抗氧化性和抗热震性,并采用XRD分析氧化后试样的相组成。结果发现,添加剂中SiC的氧化能有效保护试样中的碳,从而能减少试样的质量损失率和氧化面积,提高其抗氧化性能。由于ZrO2的微裂纹增韧及SiC的颗粒增韧作用,使试样的抗热震性能提高。在试验条件下,添加6%ZrO2-SiC复合粉或工业SiC粉时,试样的抗氧化性和抗热震性最佳。

尖晶石对不烧MgO-MA-C及Al_2O_3-MA-C质耐火材料抗氧化性的影响

以电熔镁砂、电熔白刚玉和烧结尖晶石等为 原料,研究了尖晶石的加入量(0,5%,10%,15%, 20%,30%)和加入形式(≤0.044mm的细粉或<2 mm的颗粒)对不烧MgO-MA-C及Al2O3-MA-C 质耐火材料抗氧化性的影响。结果表明:MgO (Al2O3)-MA-C质耐火材料的抗氧化性开始随着 尖晶石细粉的加入逐渐变强,尖晶石细粉的加入量为 5%～10%时抗氧化性最好,当尖晶石细粉的加入量 再继续增加时,抗氧化性变差;固定尖晶石加入量为 10%,尖晶石以细粉形式加入时,试样的抗氧化性最 好,逐渐加大尖晶石的粒度,试样的抗氧化性变差; MgO-MA-C质耐火材料的抗氧化性比Al2O3-MA -C质耐火材料的抗氧化性好。

高炉非金属冷却壁用Al_2O_3-SiC-C质浇注料的研制

为了提高高炉非金属冷却壁用Al2O3-SiC质浇注料的抗渣性,在其中引入人造石墨,研制了高炉非金属冷却壁用Al2O3-SiC-C质浇注料,着重研究了六偏磷酸钠(SHP)、聚丙烯酸钠(PAANa)、萘系减水剂(NTD)和SkipLiquid型减水剂(SL)4种分散剂及其加入量对这种含碳浇注料流动性、耐压强度、体积密度和显气孔率的影响以及碳(人造石墨)的添加量对浇注料试样的耐压强度、体积密度、显气孔率和抗渣性能的影响。结果表明:1)分散剂SL的效果最好,其最优外加量为0.2%;2)人造石墨添加量为5%时,浇注料试样的抗渣性能和烧后耐压强度达到最优,综合性能最佳。

不烧Al_2O_3-C质耐火材料在水蒸气中的抗氧化性能

对高炉炉身下部用不烧Ａｌ２Ｏ３－－质耐火材料在水蒸气环境下的抗氧化性能进行了详细的热力学分析和全面的氧化性能实验．根据实验结果，总结出其氧化规律，建立了不烧Ａｌ２Ｏ３－Ｃ质耐火材料的氧化动力学模型．此外，还对氧化前后试样的抗折强度进行了测定和比较．

MgO加入量对Al_2O_3-SiC-C材料抗氧化性能的影响

研究了加入MgO细粉对不烧Al_2O_3-Si C-C材料抗氧化性的影响,结果表明,加入MgO后Al_2O_3-Si C-C材料的抗氧化性明显下降,其原因是Mg O与材料中的Al_2O_3、SiO_2发生反应,破坏了莫来石致密层,使材料由原来的保护性氧化变为连续性氧化,导致材料的抗氧化性下降.

Al_2O_3-SiC-C耐火材料抗CaO-SiO_2-K_2O渣侵蚀性能研究

研究了Al2O3-SiC-C耐火材料的抗CaO-SiO2-K2O渣侵蚀性能,以及添加Cr2O3对Al2O3-SiC-C材料抗渣侵蚀性能的影响。研究结果表明:CaO-SiO2-K2O熔渣对Al2O3-SiC-C材料具有明显的侵蚀作用;在Al2O3-SiC-C材料中添加适量的Cr2O3可以有效地抑制CaO-SiO2-K2O熔渣向耐火材料内部的渗透,降低耐火材料的侵蚀速度。

不同减水剂对Al_2O_3-SiC-C质出铁沟浇注料性能的影响

研究了普通减水剂(三聚磷酸钠STP、六偏磷酸钠SHP和柠檬酸钠Sodium Citrate)和高效减水剂(市售聚羧酸型HSPC-8A、自制聚羧酸型WKPC和德国进口Castament-FS20等)这六种不同减水剂对Al2O3-SiC-C质出铁沟浇注料施工性能的影响。试验结果表明:采用自制聚羧酸型WKPC所得制品性能最好,可以获得符合要求且性能良好的出铁沟浇注料。

Al_2O_3-SiC-C质主铁沟浇注料的结合相研究

对高炉主出铁沟用Al2O3-SiC-C质浇注料的结合相变化进行了分析,其中涉及到溶胶结合、氮化硅铁为添加物形成的sialon结合、水泥形成的水硬性结合。溶胶结合强度主要来自于化学结合;而sialon结合、水泥结合的强度仍然来自少量水泥形成的水硬性凝固相的作用,因此对烘烤工艺、使用效果的影响不同。