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玻璃纤维基隔热多孔陶瓷的制备及其对中子的屏蔽性能

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材料研究学报 2024年第6期38卷 471-480页

作者：吴倩芳何群常兵全宇鑫胡敬文李赛赛曹迎楠安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243002 中钢洛阳耐火材料研究院洛阳471309

以玻璃纤维和玻璃颗粒为主要原料、以Isobam-104为分散剂、羧甲基纤维素钠为稳泡剂、十二烷基硫酸钠为发泡剂、氧化钆为中子屏蔽填料,用泡沫凝胶注模法制备玻璃纤维基隔热多孔陶瓷复合材料,研究了热处理温度对其物相组成、微观结构、机... 详细信息

以玻璃纤维和玻璃颗粒为主要原料、以Isobam-104为分散剂、羧甲基纤维素钠为稳泡剂、十二烷基硫酸钠为发泡剂、氧化钆为中子屏蔽填料,用泡沫凝胶注模法制备玻璃纤维基隔热多孔陶瓷复合材料,研究了热处理温度对其物相组成、微观结构、机械性能和热导率的影响以及氧化钆的含量对其理化性能和中子屏蔽性能的影响。结果表明,热处理温度从700℃提高到800℃,使多孔陶瓷的强度、体积密度和热导率显著提高、气孔率降低,其抗压强度和抗折强度分别从0.75和0.3 MPa提高到10.7和5.1 MPa,热导率从0.075 W/(m·K)提高到0.28 W/(m·K)。热处理温度为750℃的材料其抗折强度、抗压强度、开口气孔率和热导率分别为1.4 MPa、2.1 MPa、79.8%和0.11 W/(m·K)。氧化钆的添加量(质量分数,下同)从0提高到6%,多孔陶瓷复合材料的强度逐渐降低、对中子的屏蔽效率逐渐提高。氧化钆添加量为6.0%的多孔陶瓷其抗折强度仅为0.63 MPa,抗压强度为0.86 MPa,中子屏蔽率为50.8%,热中子屏蔽率高达82.9%,但是不影响多孔陶瓷的热导率。

关键词：无机非金属材料多孔陶瓷玻璃纤维氧化钆屏蔽性能

高硅含量Si/SiC材料显微特征与力学性能研究

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材料导报 2024年第S1期38卷 115-118页

作者：相宇博郑翰马昭阳马渭奎张志华曹会彦吴吉光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471003

以α-SiC粉、炭黑、鳞片石墨和酚醛树脂为主要原料,采用等静压成型方式结合反应烧结工艺制备得到高硅含量的Si/SiC材料。基于颗粒级配原料,研究了不同碳源引入方式对Si/SiC材料的物相组成、微观形貌、主要物理性能的影响规律及调控机制... 详细信息

以α-SiC粉、炭黑、鳞片石墨和酚醛树脂为主要原料,采用等静压成型方式结合反应烧结工艺制备得到高硅含量的Si/SiC材料。基于颗粒级配原料,研究了不同碳源引入方式对Si/SiC材料的物相组成、微观形貌、主要物理性能的影响规律及调控机制。研究表明,经1700℃反应烧结后,高硅含量(不低于25%)的Si/SiC材料的物相主要为α-SiC、β-SiC和Si。在制备碳/碳化硅坯体时,石墨与酚醛树脂复合能使碳源更均匀地分散在坯体中,增加坯体的致密度;在反应烧结时,石墨和树脂残碳与硅反应产生的膨胀效应使多孔坯体孔径尺寸降低,优化游离Si的分布。含8%树脂和1%石墨的反应烧结得到的高硅含量Si/SiC材料的体积密度为2.97 g/cm^(3),常温摩擦系数为0.335,抗弯强度为206 MPa。

关键词：硅/碳化硅材料显微组织耐磨性抗弯强度

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氢冶金工艺及氢基竖炉用耐火材料研究进展

耐火材料 2024年第3期58卷 263-269页

作者：陈天任王战民秦红彬梁成凯李旭治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 瑞泰马钢新材料科技有限公司安徽马鞍山243000

在倡导节能减排的双碳目标背景下,钢铁行业氢冶金相关工艺技术正不断进步。随着氢还原竖炉冶炼工艺的发展和推广,对于氢基竖炉用耐火材料的性能提出了新的要求,相关研究受到了广泛关注。综述了氢冶金相关原理及工艺技术的研究发展现状,... 详细信息

在倡导节能减排的双碳目标背景下,钢铁行业氢冶金相关工艺技术正不断进步。随着氢还原竖炉冶炼工艺的发展和推广,对于氢基竖炉用耐火材料的性能提出了新的要求,相关研究受到了广泛关注。综述了氢冶金相关原理及工艺技术的研究发展现状,介绍了H2气氛下耐火材料的服役行为和氢基竖炉用耐火材料的研究进展,展望了氢基竖炉用耐火材料的研究趋势和未来发展方向。

关键词：氢冶金氢基竖炉耐火材料

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基于TRIZ理论解决氧化锆陶瓷制品烧成中的污染问题

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耐火材料 2024年

作者：王江涛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

运用TRIZ理论对氧化锆陶瓷制品被炉膛内气氛污染这一问题进行因果链分析，确定了关键问题点，并运用技术冲突、物理冲突、冲突矩阵表等TRIZ工具进行指导，产生了4种解决方案。确定了最优方案：1)当炉膛温度在1 155 ℃以下时用增氧泵向... 详细信息

运用TRIZ理论对氧化锆陶瓷制品被炉膛内气氛污染这一问题进行因果链分析，确定了关键问题点，并运用技术冲突、物理冲突、冲突矩阵表等TRIZ工具进行指导，产生了4种解决方案。确定了最优方案：1)当炉膛温度在1 155 ℃以下时用增氧泵向炉膛内通入富含氧气的空气；2)当炉温在1 155 ℃以上时，关闭增氧泵，减少炉膛内氧气的含量；3)同时采用复合材料制成密闭匣钵，将氧化锆陶瓷制品放于其中，用以分离炉膛内MoO3污染气氛和氧化锆陶瓷制品。

关键词： TRIZ理论高温炉膛污染氧化锆陶瓷

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高导热氮化硅陶瓷的制备研究进展

耐火材料 2024年第3期58卷 270-276页

作者：周玉栋李世鹏王文武张一帆赵辰啸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

氮化硅陶瓷因其杰出的导热性能而备受瞩目,被广泛应用于电子、能源、航空航天和化工等领域。综述了高导热氮化硅陶瓷的制备研究进展,重点关注粉体原料、烧结助剂、成型以及烧结工艺等方面的研究成果,以深入了解该领域的前沿进展并揭示... 详细信息

氮化硅陶瓷因其杰出的导热性能而备受瞩目,被广泛应用于电子、能源、航空航天和化工等领域。综述了高导热氮化硅陶瓷的制备研究进展,重点关注粉体原料、烧结助剂、成型以及烧结工艺等方面的研究成果,以深入了解该领域的前沿进展并揭示未来的发展趋势。

关键词：氮化硅陶瓷热导率烧结助剂成型烧结

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预合成CaZrO_(3)对镁锆质耐火材料性能的影响

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耐火材料 2024年第3期58卷 213-217,223页

作者：梁效诚冯雨刘中飞罗旭东黄敏吴锋辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 三友兴达化纤有限公司河北唐山063305 安力耐火材料有限公司辽宁鞍山114000

为提高镁锆材料的性能,首先以碳酸钙、脱硅锆和CeO_(2)为原料,制备不同CeO_(2)外加量(加入质量分数分别为0、1%和2%)的≤0.074 mm的预合成CaZrO_(3)粉,然后分别将其与3~1、1~0.074和≤0.074 mm的电熔镁砂混匀,在250 MPa压力下压制为圆... 详细信息

为提高镁锆材料的性能,首先以碳酸钙、脱硅锆和CeO_(2)为原料,制备不同CeO_(2)外加量(加入质量分数分别为0、1%和2%)的≤0.074 mm的预合成CaZrO_(3)粉,然后分别将其与3~1、1~0.074和≤0.074 mm的电熔镁砂混匀,在250 MPa压力下压制为圆柱试样和长条试样,于1600℃保温3 h热处理制备了镁锆质耐火材料。研究了预合成CaZrO_(3)粉加入量(质量分数分别为10%、15%和20%)对材料性能的影响。结果表明:1)一定量的CeO_(2)与ZrO_(2)形成固溶体,使ZrO_(2)在室温下以t-ZrO_(2)形式存在,稳定了ZrO_(2)的晶型,促进了CaZrO_(3)的生成。2)CeO_(2)促进烧结,有利于致密化;CaZrO_(3)、ZrO_(2)与方镁石之间的热膨胀系数差产生的微裂纹增韧提高了抗热震性;材料与RH炉渣生成的复合尖晶石和CaZrO_(3),堵塞气孔,提高了抗渣性。3)当外加1%(w)CeO_(2)预合成CaZrO_(3),且预合成CaZrO_(3)加入量为20%(w)时,试样性能最佳。

关键词：预合成CaZrO_(3) 镁锆质耐火材料 CeO_(2) 烧结性能抗渣性抗热震性

酚醛/环氧树脂凝胶注模反应烧结SiC材料的制备与性能研究

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酚醛/环氧树脂凝胶注模反应烧结SiC材料的制备与性能研究

作者：凌厦厦中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司

学位级别：硕士

反应烧结碳化硅具有卓越的机械性能、高温稳定性和化学稳定性,被广泛应用于高负载机械密封、长期使用的窑炉工具、航天引擎燃烧室、核反应堆燃料系统覆盖材料,以及高温热交换器和陶瓷辐射燃烧器等领域。反应烧结碳化硅成型有模压成型、... 详细信息

反应烧结碳化硅具有卓越的机械性能、高温稳定性和化学稳定性,被广泛应用于高负载机械密封、长期使用的窑炉工具、航天引擎燃烧室、核反应堆燃料系统覆盖材料,以及高温热交换器和陶瓷辐射燃烧器等领域。反应烧结碳化硅成型有模压成型、注浆成型、等静压成型、挤出成型、凝胶注模成型等多种方式,其中凝胶注模成型具有模具灵活、工艺流程短、生坯强度高、易于实现复杂结构制品的近净尺寸成型等优点,在工业生产中具有重要的应用价值。本文以不同粒度的SiC、环氧型酚醛树脂、环氧树脂、单质硅颗粒为主要原料,四甲基氢氧化铵为分散剂,593固化剂,研究了酚醛/环氧树脂互溶混合树脂与碳化硅原料组合的浆料特性、分散剂效果、固化特性,而后配制固含量为55 wt%的浆料,凝胶注模成型条形坯体试样,经60°C和150°C固化、800°C热处理、1760°C真空烧结制备了反应烧结碳化硅,研究分析了试样的物理性能、物相组成和显微结构。试验结果主要有:（1）酚醛/环氧树脂固化过程主要是酚醛/环氧树脂中的环氧基开环形成羟甲基,羟甲基与酚醛树脂中苯环邻对位上的活泼氢进行脱水缩合从而形成三维网络结构。（2）分散剂四甲基氢氧化铵对降低浆料粘度效果显著。分散剂吸附在碳化硅表面使颗粒间相互排斥降低浆料粘度,但过量会导致粘度升高,最佳用量为碳化硅总质量1.0 wt%,浆料粘度为1446.05 m Pa·s。（3）适量的碳化硅微粉对降低浆料粘度有明显效果,分布模数为0.31时达到紧密堆积,浆料粘度最低可至932.45 m Pa·s。（4）酚醛/环氧树脂作为凝胶体系,试样热处理后收缩率较大,收缩率随酚醛树脂占比增加先降低后升高,当混合树脂中酚醛树脂占比为50 wt%,收缩率最低为11.0%。（5）以酚醛/环氧树脂作为凝胶体系制备的坯体热处理后具有较高的强度,常温抗折强度均高于3 MPa,加工性良好。（6）试验最佳配方为酚醛树脂18.0 wt%、环氧树脂27.0 wt%、SiC粉55 wt%、分散剂1.0 wt%,烧结试样的体积密度为2.88 g·cm-3、显气孔率1.1%、常温抗折强度为79.9 MPa。

关键词：反应烧结碳化硅凝胶注模酚醛树脂环氧树脂

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氢基竖炉用铝硅系浇注料抗还原性能研究

氢基竖炉用铝硅系浇注料抗还原性能研究

作者：陈天任中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司

学位级别：硕士

随着国家双碳目标的提出,节能减排、低碳绿色化改革成为钢铁行业未来发展的首要任务。氢冶金是一种利用氢气替代传统还原剂进行冶炼的新型冶金技术,能够优化冶炼工艺,有助于摆脱长期以来钢铁行业对于焦炭资源的过度依赖,从源头减少二氧... 详细信息

随着国家双碳目标的提出,节能减排、低碳绿色化改革成为钢铁行业未来发展的首要任务。氢冶金是一种利用氢气替代传统还原剂进行冶炼的新型冶金技术,能够优化冶炼工艺,有助于摆脱长期以来钢铁行业对于焦炭资源的过度依赖,从源头减少二氧化碳的排放。氢基竖炉直接还原工艺使用富氢或全氢还原气体作为还原剂,在铁矿石达到软化温度前将铁矿石直接还原成固态海绵铁,工艺能耗低、减碳能力强,在氢冶金主要技术路线中发展前景广阔。随着氢基竖炉直接还原工艺的发展,炉内气氛中氢气含量逐渐增多,最终将走向纯氢。相对于一氧化碳而言,氢气的还原性更高,渗透性更强,热传导更大,因此对于氢基竖炉用耐火材料的性能也提出了新的要求。炉衬耐火材料应具备更高的化学稳定性和体积温度性,此外,对于耐火材料的热导率、强度、以及抗热震性能等方面也有一定的要求。铝硅系耐火材料的性能特点基本符合氢基竖炉的实际工作环境需求,因而具备作为氢基竖炉炉衬用耐火材料的潜力。但是,对于其在还原气氛下的服役性能、化学及结构稳定性影响因素和侵蚀机理等方面的研究尚未完善。因此,本文以铝硅系耐火浇注料为研究对象,首先,对其典型组分进行还原气氛下的热力学模拟;其次,通过还原气氛模拟试验研究其服役性能的变化;最后,改变还原条件,探究不同因素对于耐火材料服役性能的影响。主要得到以下结论:（1）在H2/CO还原气氛下,铝硅系耐火材料的各主要成分抗还原性能及热稳定性强弱的排序为:Mg O>Ca O>Al2O3≈CA6>A3S2≈Si O2>Ti O2>Fe2O3。而在H2/CO混合气氛条件下,Al2O3、Mg O、Ca O和CA6等组分几乎不会被还原,而A3S2、Si O2、Ti O2、Fe2O3等组分则较为容易被还原。（2）经过900℃纯氢常压还原100h后,四种试样的性能下降程度从大到小依次为矾土、莫来石、刚玉莫来石和刚玉。刚玉试样的质量损失在0.05%以内,强度衰减率不足5%,三种含莫来石成分的试样常温强度下降明显,均达到10%以上,铝硅系浇注料中的Al2O3与Si O2含量的比值越高、Fe2O3的含量越低,抗还原气体侵蚀的性能越好。（3）由于碳沉积的影响,相比于纯氢气氛,H2/CO混合气氛对于铝硅系浇注料的还原侵蚀更为严重,含莫来石成分试样的常温强度衰减率由纯氢气氛下的不足10%提高到了20%以上。（4）随着还原压力的升高,含莫来石成分试样的常温强度衰减率由常压下还原后的10%左右提高到了高压还原后的25%以上;且随着保温时间的延长,保温150h后试样的强度衰减率可达到保温50h后的两倍甚至三倍以上,分材料来看,时间延长对于矾土试样的影响明显更大。

关键词：氢基竖炉铝硅系耐火材料还原气氛服役性能

聚丙烯纤维对刚玉-六铝酸钙浇注料抗热震性能的影响

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耐火材料 2024年第3期58卷 208-212页

作者：田朋丹王刚杜鹏辉冯海霞王来稳潘元帅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

为改善刚玉-六铝酸钙浇注料的性能,以刚玉、六铝酸钙(CA_(6))、活性α-Al_(2)O_(3)微粉为主要原料,在1550℃保温4 h,制备了水合氧化铝结合的刚玉-CA_(6)浇注料,研究了不同聚丙烯纤维加入量(外加质量分数分别为0、0.04%、0.08%、0.12%和0... 详细信息

为改善刚玉-六铝酸钙浇注料的性能,以刚玉、六铝酸钙(CA_(6))、活性α-Al_(2)O_(3)微粉为主要原料,在1550℃保温4 h,制备了水合氧化铝结合的刚玉-CA_(6)浇注料,研究了不同聚丙烯纤维加入量(外加质量分数分别为0、0.04%、0.08%、0.12%和0.16%)对刚玉-CA_(6)浇注料性能尤其是抗热震性的影响。结果表明:1)聚丙烯纤维的加入可使试样平均线膨胀系数减小,但会导致试样强度和体积密度有所降低,进而导致弹性模量减小;2)适量聚丙烯纤维的加入可改善试样抗热震性,但过量的聚丙烯纤维会导致材料内部结构疏松、致密度减小,试样抗热震性反而有所降低;3)聚丙烯纤维加入量为0.08%(w)时,常温抗折强度保持率最高,为53.5%,表现出最佳的抗热震性能。

关键词：刚玉-CA_(6)浇注料聚丙烯纤维抗热震性平均线膨胀系数弹性模量

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