添加碳化硼对低碳铝碳耐火材料显微结构和性能的影响EI北大核心CSCD

以板状刚玉和活性氧化铝微粉为主要原料、纳米炭黑为碳源、碳化硼(质量分数0、0.5%、1%)和单质硅粉为添加剂,制备了低碳铝碳耐火材料。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜分别检测和观察了材料的物相组成和显微结构。采用三点弯曲法研究了材料的常温和高温力学性能,采用水淬冷法研究了材料的热震稳定性。结果表明:与空白试样相比,在1 000℃处理的含碳化硼的试样中发现碳纳米管(MWCNTs);温度高于1 200℃,在材料表面出现了明显的含氧化硼反应层,形成了外层Si C晶须较多、内层Si C晶须较少的分层结构。由于原位碳纳米管的形成,1 000℃处理后含碳化硼试样的抗折强度由空白试样的3.4 MPa提高到11.6 MPa;而1 200和1 400℃处理后,试样也因碳纳米管和Si C晶须协同作用,材料的抗折强度进一步提高至15~17和26~28 MPa。此外,引入碳化硼的铝碳材料高温抗折强度和热震稳定性也都大幅提升。     

提纯土状石墨对铝碳材料显微结构和力学性能的影响

采用高温碱煅烧法提纯土状石墨,并将其作为1种活性碳源,引入到含金属铝粉、硅粉和二氧化硅微粉的铝碳耐火材料中。利用热重--差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪及三点弯曲仪等研究了提纯土状石墨对铝碳材料显微结构和力学性能的影响。结果表明:提纯土状石墨颗粒由许多细小的微晶片状石墨组成,尺寸细小,结构褶皱且绕曲变形;与天然鳞片石墨相比,提纯土状石墨的氧化活化能低,具有更高的反应活性;在铝碳材料中引入提纯土状石墨部分取代天然鳞片石墨,促进了材料基体内AlN和SiC晶须形成,对提高铝碳材料的力学性能有积极作用,在铝碳材料中有很好的应用前景。     

硅铝炭黑对橡胶体系力学性能的影响

对硅铝炭黑（ＳＡＣ）与ＮＲ的基本配合进行了探讨。对耐磨ＳＡＣ填充不同品种胶料和选用不同促进剂进行了试验。结果表明,用１０份耐磨ＳＡＣ部分替代通用炭黑,可使硫化胶的拉伸强度、耐磨性达到通用炭黑的性能指标;耐磨ＳＡＣ与ＮＲ配合时,选用不同的硫化促进剂具有不同的效果,促进剂ＤＭ效果最好。     

刚玉类型对铝锆碳材料性能的影响

分别采用致密刚玉、白刚玉、板状刚玉为主要原料 ,制作铝锆碳试样 ,对其常温性能、高温抗折强度、耐磨性、抗渣侵蚀性、热震稳定性和显微结构进行了对比研究。结果发现 :由致密刚玉配制的铝锆碳试样的综合性能与由板状刚玉配制的试样的基本相当 ,比由白刚玉配制的试样的略好     

碳的种类对铝锆碳滑板性能的影响

分别对单独加入4%(质量分数)鳞片石墨、炭黑、沥青碳3种碳材料和加入不同碳材料(总质量分数4%)复合的铝锆碳滑板进行了树脂加入量、耐压强度、高温抗折强度、显气孔率、体积密度等物理性能以及抗氧化、抗热震性能比较。试验结果表明添加石墨可以实现低的树脂加入量,试样的显气孔率低,抗氧化性好;添加炭黑可以提高试样的强度;添加沥青碳,则可提高试样的抗热震性,但抗氧化变差;复合添加这3种碳材料,可以得到强度高、抗热震好的铝锆碳滑板试样。     

纳米炭黑分散方法和含量对低碳镁碳材料力学性能的影响

采用加KH-550偶联剂和高速搅拌的方法,将不同量的纳米炭黑N220均匀分散在酚醛树脂中,制成纳米炭黑-酚醛树脂复合结合剂,研究了纳米炭黑含量对复合结合剂黏度及其经1500℃炭化后碳结构的影响,并采用这些复合结合剂制备了w(C)=3%的低碳镁碳试样。研究了纳米炭黑含量(相对于酚醛树脂的质量分别为0、2.5%、5%、10%和15%)对低碳镁碳试样力学性能的影响,同时还与将纳米炭黑以预混合粉方式加入的低碳镁碳试样的力学性能进行了对比。结果发现:1)随着纳米炭黑含量的增加,复合结合剂的黏度迅速增大;2)纳米炭黑-酚醛树脂复合物经1500℃炭化后的碳结构呈光学同向性,但其微气孔数量减少,微气孔尺寸减小,碳结构的石墨化程度提高;3)随着纳米炭黑加入量的增加,低碳镁碳试样的常温抗折强度、高温抗折强度和常温耐压强度逐渐增大;4)将纳米炭黑直接分散在细粉中加入时,试样的常温抗折强度、高温抗折强度和常温耐压强度均比以纳米炭黑-酚醛树脂方式加入时差。     

窑具材料显微结构与热震稳定性相关性研究

本文分析了影响窑具材料热震稳定性的重要参数,找出显微结构与这些因素的内在联系,表明通过调整显微结构可获得良好的材料性能。     

加入碳纤维对铝碳耐火材料性能及显微结构的影响

为了提高铝碳耐火材料的性能,以电熔白刚玉(3~1、≤1 mm)为骨料,电熔白刚玉(≤0.074 mm)、鳞片石墨(≤0.15 mm)为基质,Si粉为抗氧化剂,热固性酚醛树脂为结合剂,碳纤维为添加剂,制成铝碳耐火材料,研究了碳纤维添加量对相组成、显微结构、常温物理性能、高温抗折强度和抗氧化性能的影响。结果表明:1)经220℃处理后,碳纤维与树脂结合紧密;1 100℃处理后,碳纤维与树脂之间存在一定的间隙,碳纤维表面未蚀变,但其表面有少量碳化硅晶须生成;1 400℃处理后,碳纤维表面发生蚀变,形成C-Si系物质,同时其表面形成大量碳化硅晶须;2)碳纤维在不显著改变铝碳耐火材料显气孔率和体积密度的基础上,能显著提高试样经220℃和1 400℃处理后的常温耐压强度和抗折强度及1 400℃下的高温抗折强度;3)碳纤维的加入使铝碳耐火材料抗氧化性能下降。     

用后铝碳质下滑板的显微结构研究

选取国内某钢厂使用3次后的下滑板残砖,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)对滑板铸孔和板面用后侵蚀状况、显微结构变化和元素组成差异进行观察和分析。结果发现:下滑板反应层中形成了正八面体的铁铝尖晶石新结构;材料内部生成的纤维状碳化铝和颗粒状氧化铝能强化基质,提高抵抗熔渣侵蚀能力。     

铝碳滑板的高温力学性能研究

采用高温弯曲应力-应变试验方法和水冷法研究了3种含碳滑板(2种铝碳质,1种铝锆碳质)在不同温度下的应力-应变关系、抗折强度以及不同热震温差下的抗热震性能。结果表明1)含碳滑板材料在室温~1400℃的应力-应变关系分为弹性变形和塑性变形两个阶段在弹性变形的温度段,其断裂方式是典型的脆性断裂;在塑性变形的温度段,其断裂方式呈现韧性断裂特征;2)随着温度的升高,含碳滑板材料的热态抗折强度首先略有增大,到达转折温度(800℃)后开始减小,1400℃时试样的热态抗折强度约为13MPa;3)在ΔT=1200℃(水冷)条件下,铝碳滑板热震后的抗折强度保持率为43%,引入ZrO2可以改善其抗热震性,而用特级高铝矾土熟料部分替代刚玉会降低其抗热震性。     

反应烧结含ZrO_2的刚玉-莫来石及其碳结合材料的显微结构和高温力学性能

本文研究了反应烧结含ZrO_2的刚玉-莫来石材料及其碳结合材料的相组成,显微结构和力学性能。结果表明,对刚玉-莫来石材料由于加入氧化锆引起的微裂纹,中、低温强度趋于下降;但在1300℃以上,强度和抗蠕变性能都有明显上升。这可能是因为微裂纹得到一定弥合,同时氧化锆和莫来石之间形成晶界固溶。对碳结合刚玉-莫来石-氧化锆材料,在所有试验温度下,强度都随石墨加入量增加而下降。强度-温度曲线呈现两个特征:(1)由600℃至800℃强度下降,而由800℃至1000℃强度均有回升;(2)由1300℃至1400℃强度略有回升。这与金属粉添加剂在不同温度下的行为有密切关系。形成针状或纤维状的碳化物有利于提高强度。     

稀土氧化物对钛酸铝陶瓷显微结构和力学性能的影响

研究了添加稀土氧化物Y2O3和Y2O3+Nd2O3对钛酸铝陶瓷的烧结温度、力学性能和显微结构的影响.结果表明,添加1%的稀土氧化物可以降低钛酸铝陶瓷的烧结温度,改善其显微结构,提高其力学性能,尤其是添加1%的复合稀土氧化物(Y2O3+Nd2O3)后,钛酸铝陶瓷的抗折强度和断裂韧性是未添加的试样的1.96倍和1.82倍.其性能提高的主要原因是由于稀土元素的细晶强化、净化界面、固溶强化、自增韧补强等作用.     

加入β-SiAlON对铝碳质材料性能的影响

以白刚玉、熔融石英(≤0.5mm)为骨料,鳞片石墨(≤0.15mm)、白刚玉(≤0.088mm和≤0.045mm)、矾土基β-SiAlON(≤0.088mm)以及添加剂为基质料,酚醛树脂作结合剂,在骨料与基质的质量比为35∶65的基础上,分别用0、7%、14%、21%、28%的矾土基β-SiAlON取代铝碳质材料中的石墨,经等静压成型后,试样于180℃固化24h,并在埋炭条件下于930℃热处理,研究了β-SiAlON加入量对处理后试样常温物理性能、抗氧化性、高温机械性能和抗热震性的影响。结果表明:(1)随着β-SiAlON加入量的增加,试样的显气孔率显著上升,体积密度降低,常温和高温抗折强度下降,抗氧化能力变差;(2)与原铝碳材料相比,加β-SiAlON的试样抗热震性均有所降低,但仍保持了良好的抗热震性,在1100℃热震温差下水冷3次和5次后的强度保持率均在90%和75%以上;(3)从降低C含量的角度考虑,在不显著降低铝碳材料性能的情况下,β-SiAlON加入量以7%左右较为适宜,此时试样仍具有较好的抗氧化性和高温抗折强度。     

Si粉和Al粉对N2保护热处理铝碳材料性能和显微结构的影响

为改善含碳材料埋炭保护热处理时的操作条件,并为提高含碳材料性能开辟新的途径,对添加Si粉或Al粉的铝碳材料在N2气氛中1200℃热处理5 h,测定试样热处理前后的质量变化率、抗折强度、体积密度、显气孔率、抗热震性、热膨胀系数和抗氧化指数,并用扫描电镜和XRD分析试样的显微结构和物相组成.结果发现,采用N2保护热处理工艺同埋炭热处理工艺一样可防止碳氧化,使铝碳材料形成碳结合并具有较好的性能指标.与添加Si粉的试样相比,添加Al粉的试样在热处理后具有较高的高温强度和较低的热膨胀系数;反应生成的Al2OC和AlN有益于材料抗热震性能和强度的提高,并减轻了其在埋炭保护热处理后由于生成Al4C3而产生的严重水化现象.部分Si粉与气氛反应生成纤维状的β-SiC、SixN和粒状的Si2N2O,它们对铝碳材料具有明显的增强作用.     

炭黑对NBR复合材料交联密度和力学性能的影响

采用核磁共振交联密度仪,考察了炭黑粒径、结构度和用量对丁腈橡胶（NBR）复合材料的交联密度和力学性能的影响规律。研究表明：炭黑加入后硫化胶的交联密度增加,且随炭黑用量增加而增加,随粒径增加而减小;炭黑结构度对化学交联密度影响大于物理交联密度。随着炭黑粒径的减小,硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力增加,高定伸下炭黑粒径对应力的贡献大于低定伸。炭黑结构度增加,硫化胶的拉伸强度、定伸应力增加,撕裂强度降低。     

硅粉加入量对碳纤维增强铝碳耐火材料显微结构和强度的影响

以电熔白刚玉、石墨、硅粉和碳纤维为主要原料,通过固定刚玉细粉和硅粉总含量(29%),改变硅粉加入量(0～20%)制得了六组碳纤维增强铝碳耐火材料.采用XRD、SEM及EDS等研究了硅粉加入量对不同温度处理后材料物相组成、显微结构及强度的影响.结果表明:(1)220 ℃热处理后,硅粉含量低于8%时,抗折耐压强度变化不大;硅粉的含量高于8%时,抗折与耐压强度均降低.(2)1400 ℃热处理后,当硅粉含量从0增加到8%时,耐压强度与抗折强度均得到明显改善.而当硅粉量进一步增加时,试样出现裂纹,强度显著下降.(3)综合考虑,硅粉的最佳加入量为8%,此时经220 ℃、1400 ℃热处理后材料具有最好的抗折强度及耐压强度.     

金属Al-Si复合不烧铝碳滑板材料的热机械性能及显微结构

研究了金属Al-Si复合不烧铝碳滑板材料的热态抗折强度、弯曲应力-应变关系和抗热震性,并利用XRD、SEM和EDAX对其物相组成和显微结构进行了分析。结果表明:(1)材料的热态抗折强度很高,在1200～1400℃时达到50MPa以上;(2)材料从400℃开始到1400℃一直保持塑性状态,在1400℃仍没有进入粘滞流动阶段,只是在800℃以上变形量有所增加;(3)材料具有良好的抗热震性,在经受ΔT为1000～1200℃的一次热震后,其残余抗折强度均>30MPa,其抗折强度保持率仍为70%左右;(4)材料热机械性能优良的基本原因在于加入的金属Al和Si发生碳化和氮化等反应原位生成了非氧化物增强相,其显微结构特征从以碳结合为主转化为以非氧化物结合为主。     

硼改性酚醛树脂加入量对铝碳材料性能的影响

为了改善铝碳材料的性能,以质量分数为40%的电熔刚玉(1~0.2 mm)、30%的Al2O3微粉(≤0.01mm)、25%的鳞片石墨(≤0.3 mm)、5%的添加剂(≤0.047 mm)为主原料,外加有机硼改性酚醛树脂粉和普通的酚醛树脂粉作为结合剂制备了铝碳材料。用热重分析法测定了树脂的残碳量,按相关标准测定了铝碳材料的常温抗折强度、高温抗折强度、显气孔率、抗氧化性、抗热震性,研究了硼改性酚醛树脂加入量(质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%)对铝碳材料性能的影响。结果发现:硼改性树脂的残碳量较高;加入硼改性酚醛树脂不利于铝碳材料的强度,但可以提高铝碳材料的抗氧化性和抗热震性。     

铝锆质骨料的显微结构对耐火材料的耐热震性的影响

为提高耐火材料的耐热震性，进行了添加铝锆颗粒的试验。由于铝锆颗粒内部的显微结构的不同，因此对耐热震性的影响也不同。在耐火材料中添加了氧化铝初晶细小、氧化铝和二氧化锆的共晶部分呈镶嵌状组织的颗粒一，由于这种颗粒自身不容易破裂，因此能提高耐火材料的耐热震性。