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含KAlSi_(2)O_(6)核壳结构的煤矸石材料制备及其抗侵蚀性研究综合实验教学设计与实践

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实验室研究与探索 2022年第11期41卷 189-193页

作者：陈留刚姬海鹏郑州大学材料科学与工程学院郑州450001

为提高材料学专业本科生结构功能一体化的材料设计意识和固体废弃物资源再生利用的能力,设计了一项利用固体废弃物再生制备高值耐火材料并探讨其抗侵蚀性的综合教学实验——含KAlSi_(2)O_(6)核壳结构的煤矸石材料颗粒的制备、表征与抗... 详细信息

为提高材料学专业本科生结构功能一体化的材料设计意识和固体废弃物资源再生利用的能力,设计了一项利用固体废弃物再生制备高值耐火材料并探讨其抗侵蚀性的综合教学实验——含KAlSi_(2)O_(6)核壳结构的煤矸石材料颗粒的制备、表征与抗侵蚀性评价。将煤矸石通过固相反应制备含KAlSi_(2)O_(6)核壳结构的煤矸石材料颗粒,采用压柱法研究该核壳结构材料抗锂电池正极材料的侵蚀性能。实验过程涵盖原料处理、高温制备、化学组成与显微结构分析以及使用性能评价。该实验设计可培养材料学专业学生以解决实际问题为导向的科研思想,形成绿色发展理念并与材料学研究融合,提高学生利用固体废弃物资源进行再生利用、高值利用的能力。

关键词：核壳结构材料结构功能一体化材料固体废弃物再生综合实验教学设计

镁铝合金添加剂对SiC-MgAl_(2)O_(4)材料显微结构和性能的影响

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材料导报 2024年第16期38卷 75-80页

作者：王梦强陈留刚孙红刚杜一昊司瑶晨李红霞郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室郑州450001 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司先进耐火材料国家重点实验室河南洛阳471039 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

为探索煤气化用耐火材料的无铬化,本研究采用碳化硅颗粒和镁铝尖晶石细粉为主要原料制备SiC-MgAl_(2)O_(4)复合耐火材料,于流动氮气中500~1450℃热处理,对比未添加和添加4%(质量分数)镁铝合金粉的复合材料在热处理升温过程中的微观结构... 详细信息

为探索煤气化用耐火材料的无铬化,本研究采用碳化硅颗粒和镁铝尖晶石细粉为主要原料制备SiC-MgAl_(2)O_(4)复合耐火材料,于流动氮气中500~1450℃热处理,对比未添加和添加4%(质量分数)镁铝合金粉的复合材料在热处理升温过程中的微观结构及性能变化,探究镁铝合金氮化烧成中形成的低维相对SiC-MgAl_(2)O_(4)复合材料性能的改善效果。结果表明,镁铝合金与热处理环境中的N 2、O_(2)的反应温度区间为650~800℃,主要反应产物为AlN和MgO。添加镁铝合金后的试样在700℃形成蜂窝状MgAl_(2)O_(4)尖晶石,增强了SiC骨料和MgAl_(2)O_(4)基质间的结合,此时试样的常温力学强度达到最高;900~1300℃时,MgAl_(2)O_(4)尖晶石由蜂窝状转变为棒状,1300~1500℃时,其再转变为片状、粒状的MgAlON尖晶石,这些形貌和物相的转变伴随体积膨胀,导致试样的强度小幅下降。镁铝合金的添加能使SiC-MgAl_(2)O_(4)在较低温度热处理下原位形成尖晶石,从而提高材料的力学性能。

关键词：复合耐火材料镁铝尖晶石氮化反应镁铝合金

2024先进钢铁冶炼与高温合金熔炼用耐火材料专刊序言

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钢铁研究学报 2024年第10期36卷 1245-1246页

作者：黄奥马北越余超陈留刚王恩会付绿平武汉科技大学奥地利莱奥本矿业大学武汉科技大学发展规划与学科建设处湖北省硅酸盐学会耐火材料分会东北大学南洋理工大学中钢集团洛耐院-东北大学武汉科技大学武汉科技大学耐火材料与冶金国家重点实验室中国菱镁行业协会科学技术委员会郑州大学比利时荷语鲁汶大学北京科技大学碳中和研究院武汉科技大学中国冶金教育学会材料实验教学与仪器设备分会

耐火材料作为钢铁冶金和高温合金熔炼工业的重要基础材料和支撑性功能材料,对促进相关工业的技术进步起着不可替代的重要作用。耐火材料与钢铁、高温合金生产的关系主要为:(1)抵抗高温熔体的侵蚀:耐火材料能够在高温环境下有效抵御熔融... 详细信息

耐火材料作为钢铁冶金和高温合金熔炼工业的重要基础材料和支撑性功能材料,对促进相关工业的技术进步起着不可替代的重要作用。耐火材料与钢铁、高温合金生产的关系主要为:(1)抵抗高温熔体的侵蚀:耐火材料能够在高温环境下有效抵御熔融金属和熔渣的侵蚀,确保冶炼过程的安全稳定和经济运行;(2)满足质量与品种的需求:在洁净钢和高温合金的生产过程中,耐火材料不仅需要尽量减少对高温熔体的污染,还应利于杂质的去除;(3)降低能耗、提高热效率:既是提质、节能、增效的重要手段,也是实现“双碳”目标的重要基石。

关键词：耐火材料高温熔体合金熔炼高温合金钢铁冶炼熔融金属钢铁冶金冶炼过程

ZnO前驱体对铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料性能的影响

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耐火材料 2021年第5期55卷 444-447页

作者：郭柳赵宗强马俊花陈留刚郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室河南郑州450052

以板状刚玉、活性氧化铝为原料,铝酸钙水泥(CAC)为结合剂,选取氢氧化锌和碱式碳酸锌两种ZnO前驱体,制备了CAC结合刚玉质试样,研究了两种前驱体对CAC结合刚玉质浇注料基质的相组成和显微结构的影响,分析了影响浇注料高温性能的原因。结... 详细信息

以板状刚玉、活性氧化铝为原料,铝酸钙水泥(CAC)为结合剂,选取氢氧化锌和碱式碳酸锌两种ZnO前驱体,制备了CAC结合刚玉质试样,研究了两种前驱体对CAC结合刚玉质浇注料基质的相组成和显微结构的影响,分析了影响浇注料高温性能的原因。结果表明:粒度较小的氢氧化锌(d_(50)=1.26μm)在试样制备过程中容易发生团聚,热处理后生成颗粒状的锌铝尖晶石,阻碍了CA_(6)的生长,降低了浇注料的强度;粒度较大的碱式碳酸锌(d 50=2.91μm),分散性较好,浇注料经热处理后,碱式碳酸锌生成原位纳米级ZnO,ZnO或Zn^(2+)扩散入铝酸钙相中,促进了CA_(2)之间和CA_(6)之间的烧结,显著提高了CAC结合刚玉质浇注料的高温性能。

关键词：铝酸钙水泥刚玉质浇注料氢氧化锌碱式碳酸锌 ZnO 高温性能

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氧化硼对铝酸钙水泥水化性能的影响（英文）

硅酸盐学报 2016年第8期44卷 1161-1165页

作者：张传银叶国田尚学军翟鹏涛李红霞陈留刚河南省高温功能材料重点实验室郑州大学材料科学与工程学院中国郑州450001 先进耐火材料国家重点实验室中国河南洛阳471039 荷语鲁汶大学材料工程系比利时鲁汶3001

对比研究了含与不含氧化硼对铝酸钙水泥水化行为的影响。通过测试水泥净浆的水化放热曲线,对比分析了铝酸钙水泥中的氧化硼杂质含量对水泥水化速率的影响,以及水泥水化时的电导率随养护时间的变化,阐述了该杂质对水泥溶解沉淀速率的影... 详细信息

对比研究了含与不含氧化硼对铝酸钙水泥水化行为的影响。通过测试水泥净浆的水化放热曲线,对比分析了铝酸钙水泥中的氧化硼杂质含量对水泥水化速率的影响,以及水泥水化时的电导率随养护时间的变化,阐述了该杂质对水泥溶解沉淀速率的影响。通过冷冻真空干燥的方法中止水泥水化,继而用X射线衍射和热重分析研究了上述两种水泥净浆的水化产物组成。用维卡仪测定了水泥砂浆的凝结时间,用跳桌法测定了水泥结合浇注料的流动值衰减。结果表明:铝酸钙水泥中的氧化硼杂质缩短了水泥的水化诱导期,加速了水泥水化形成大量沉淀的进程,从而促进了水泥的水化,缩短了砂浆的凝结时间,并加快了水泥结合浇注料的流动值衰减速度。

关键词：铝酸钙水泥水化氧化硼凝结时间

高熵(Y_(0.2)Gd_(0.2)Dy_(0.2)Ce_(0.2)La_(0.2))TaO_(4)陶瓷材料的热学、力学及抗熔融硅酸盐环境沉积物侵蚀性能

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硅酸盐学报 2023年第12期51卷 3133-3143页

作者：王瑞达赵世贤李磊陈留刚司瑶晨李凌锋李红霞冯晶郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室郑州450000 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司先进耐火材料国家重点实验室河南洛阳471039 中国中钢集团有限公司北京100080 昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650000

新型高温热障涂层材料已成为新一代航空发动机发展的关键材料。本工作通过固相反应法合成了一种单斜结构的高熵稀土钽酸盐材料(Y_(0.2)Gd_(0.2)Dy_(0.2)Ce_(0.2)La_(0.2))TaO_(4)[(5RE_(0.2))TaO_(4)],研究了其热、力学性能及抗熔融硅... 详细信息

新型高温热障涂层材料已成为新一代航空发动机发展的关键材料。本工作通过固相反应法合成了一种单斜结构的高熵稀土钽酸盐材料(Y_(0.2)Gd_(0.2)Dy_(0.2)Ce_(0.2)La_(0.2))TaO_(4)[(5RE_(0.2))TaO_(4)],研究了其热、力学性能及抗熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀性能。结果表明:(5RE_(0.2))TaO_(4)具有极低的热导率(1.22 W·m^(–1)·K^(–1),600℃)和较高的热膨胀系数(10.3×10^(–6)K^(–1),1 200℃),与YSZ材料相比(2.1~2.7 W·m^(–1)·K^(–1),100~900℃)热导率下降了近42%。由于独特的铁弹增韧效应,其断裂韧性达2.8 MPa·m^(1/2),优于多数新型热障涂层材料。1 350℃不同时间及CMAS侵蚀后,(5RE_(0.2))TaO_(4)反应层厚度和渗透深度均显著小于YSZ材料,是一种极具应用潜力的新型热障涂层材料。

关键词：稀土钽酸盐高熵陶瓷熔融硅酸盐环境沉积物侵蚀热障涂层

MgCO;微粉加入量对氧化铝空心球浇注料结构和性能的影响

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耐火材料 2021年

作者：胡书禾陈留刚李飞田学坤张阳叶国田河南科技大学高温材料研究院郑州大学材料科学与工程学院河南济源钢铁(集团)有限公司中铝郑州有色金属研究院有限公司

为了开发出低密度、高强度、易成型、保温效果好的氧化铝空心球浇注料，将碳酸镁微粉引入到氧化铝空心球浇注料基质中。采用粒度分别为5～3、3～1和1～0.2 mm的氧化铝空心球，板状刚玉细粉（0.044 mm）、氧化铝微粉（<2 μm）和碳酸镁... 详细信息

为了开发出低密度、高强度、易成型、保温效果好的氧化铝空心球浇注料，将碳酸镁微粉引入到氧化铝空心球浇注料基质中。采用粒度分别为5～3、3～1和1～0.2 mm的氧化铝空心球，板状刚玉细粉（0.044 mm）、氧化铝微粉（<2 μm）和碳酸镁微粉（<2 μm）制备了氧化铝空心球浇注料试样，研究了MgCO;微粉加入量（w）分别为0、1%、2%、3%、4%对试样显微结构和性能的影响。结果表明：（1）经1500 ℃保温3h热处理后，改变了基质中六铝酸钙(CA;)板片状的晶体形态，生成了粒度更加细小的镁铝尖晶石（MA）和CA;微晶共存的微晶结构，形成的MA-CA;微晶复合体均匀分布在基质空隙内部。（2）110℃保温24h处理后，浇注料体积密度从1.83g·cm;降低到1.58g·cm;，常温抗折强度大于5MPa；1500℃保温3h处理后，加热永久线变化率保持在0～0.5%微膨胀范围内，体积稳定性优异；400℃热导率下降近30%。

关键词：氧化铝空心球浇注料碳酸镁微粉 CA -MA微晶

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不同水合氧化铝在40℃下水化行为的研究

耐火材料 2020年第4期54卷 287-291页

作者：郭柳陈留刚丁达飞胡书禾叶国田郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室河南郑州450001

选取相组成和比表面积不同的两种水合氧化铝HA1和HA2为原料,分别将两种水合氧化铝与去离子水按质量比1∶1混合均匀制成浆体,在40℃下分别养护0.25、0.5、2、6和12 h后,采用冷冻真空干燥的方式终止水化,采用XRD和SEM分别表征试样相组成... 详细信息

选取相组成和比表面积不同的两种水合氧化铝HA1和HA2为原料,分别将两种水合氧化铝与去离子水按质量比1∶1混合均匀制成浆体,在40℃下分别养护0.25、0.5、2、6和12 h后,采用冷冻真空干燥的方式终止水化,采用XRD和SEM分别表征试样相组成及显微结构,研究两种水合氧化铝的水化行为。结果表明,两种不同水合氧化铝的水化行为显著不同:含有结晶相且比表面积较小的HA1水化速率相对较低,其水化产物主要为致密的颗粒状拜耳石结晶相;不含结晶相且比表面积较大的HA2水化速率相对较高,其水化产物主要由蜂窝状多孔结构的非晶相组成;HA2结合刚玉质浇注料的透气度比HA1结合刚玉质浇注料的高,预示着HA2结合浇注料在烘烤过程中其抗爆裂性能相对较好。

关键词：水合氧化铝水化产物显微结构相组成刚玉质浇注料透气度

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机械活化勃姆石-二氧化硅混合物合成莫来石

耐火材料 2011年第3期45卷 161-165页

作者：许大燕叶国田刘磊黄亚东陈留刚郑州大学高温功能材料研究所河南省重点实验室河南郑州450052 郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450001 中钢集团耐火材料有限公司河南洛阳471039

以勃姆石和无定形二氧化硅为原料，按n（Al2O3）：n（SiO2）=3：2配制成勃姆石-二氧化硅起始混合物，先采用高能球磨进行0～40h的机械活化，然后在1100～1600℃的空气气氛中热处理3h。通过对高能球磨前后物料以及热处理前后物料的XRD和... 详细信息

以勃姆石和无定形二氧化硅为原料，按n（Al2O3）：n（SiO2）=3：2配制成勃姆石-二氧化硅起始混合物，先采用高能球磨进行0～40h的机械活化，然后在1100～1600℃的空气气氛中热处理3h。通过对高能球磨前后物料以及热处理前后物料的XRD和SEM分析，研究了高能球磨对物料的晶体形态及其莫来石开始生成温度和莫来石完全生成温度的影响。结果表明：（1）机械活化使得起始物料组分由晶态向无定形态转化，减小了物料的颗粒尺寸和晶粒尺寸，提高了起始物料组分的混合均匀性。（2）未经机械活化的物料在1300℃煅烧后开始有莫来石生成，而经40h机械活化的物料在1100℃煅烧便有莫来石相出现，即机械活化使莫来石的开始生成温度至少降低了200℃。（3）未经机械活化的物料在1600℃煅烧没有完全生成莫来石，而经40h机械活化的物料在1300℃煅烧便生成了纯莫来石相，即机械活化使得莫来石的完全生成温度至少降低了300℃。

关键词：莫来石勃姆石无定形二氧化硅(白炭黑) 机械活化合成