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 2024年5月13-15日"第十九屆全國耐火材料青年學術報告會"在安徽省馬鞍山市圓滿召開。來自耐火材料及上下游行業的科研院所、高校、生產企業等單位的400多名代表齊聚一堂，共同研討雙碳背景下高溫工業和耐火材料行業的創新和可持續發展、耐火原材料的研發新成果、耐火材料生產裝備和檢測設備的新進展等。

 本次會議共收稿80篇，評選出了8篇優秀論文，一等獎獲得者為西安建筑科技大學馮純卓，二等獎獲得者為武漢科技大學羅益欣和洛耐院陳天任，三等獎獲得者為鄭州大學蘇凱、鄭州大學田學坤、河南科技大學和洛陽理工學院聯合培養的黃科、武漢科技大學劉正龍和遼寧科技大學奚健飛。5月15日安排了其中6篇進行宣講。優秀論文宣講會由河南科技大學于仁紅教授主持。

于仁紅教授主持

SiC改性石墨制備及其對低碳Al₂O₃-C材料結構及性能影響

劉正龍

武漢科技大學

 將碳引入耐火材料促進了冶煉技術的快速進步，對鋼鐵工業的發展具有重要意義，但傳統鋁碳耐火材料存在高能耗、增碳以及氧化損毀等問題，難以滿足國家"雙碳"戰略目標及高品質超低碳鋼冶煉技術發展需要。因此，提高低碳鋁碳耐火材料抗氧化性、在不影響其熱震穩定性和抗渣侵蝕性的同時減少精煉及連鑄過程中碳向潔凈鋼中的溶解是低碳鋁碳功能耐火材料研究焦點。為此，本報告聚焦于提升碳材料抗氧化能的同時優化低碳鋁碳耐火材料微結構設計，以熔鹽為介質，基于反應物在高溫熔鹽中具有一定的溶解度，使反應成分的傳質速率顯著提高的同時均勻擴散到碳模板材料表面，并原位生成具有低維結構的納米SiC晶須涂層，有效提升碳材料抗氧化性、表面粗糙度及結合性。基于改性碳材料優異的抗氧化性及低碳量，獲得了具有抗侵蝕及高導熱陶瓷復相結合的低碳鋁碳耐火材料，協同提升了材料的抗氧化性能及抗渣侵蝕性能。改性碳材料一方面通過化學鍵結合界面阻止了基體的快速氧化及溶解擴散，另一方面增大了與引入添加劑高溫服役時原位反應生成陶瓷相的接觸面積，實現了低碳鋁碳耐火材料服役長壽化與功能化的協同提升。

碳納米管/鎂鋁尖晶石晶須復合增強低碳鋁碳耐火材料抗熱震性

馮純卓

西安建筑科技大學

 以一水合檸檬酸、輕質氧化鎂和氧化鋁為原料，六水合硝酸鎳為催化劑，通過催化埋炭燒結法制備了碳納米管/鎂鋁尖晶石晶須復合增強體，將其添加到低碳鋁碳耐火材料中以提高耐火材料的抗熱震性。報告研究了六水合硝酸鎳含量對碳納米管/鎂鋁尖晶石晶須物相和微觀結構的影響。采用納米壓痕技術定量評價了碳納米管/鎂鋁尖晶石晶須對低碳鋁碳耐火材料抗熱震性的影響并進一步研究了增韌機理。結果顯示，制備的碳納米管內徑和外徑分別為5.69 nm和16.26 nm，并纏繞在具有互鎖結構的高長徑比(＞100)的鎂鋁尖晶石晶須上，這有利于碳納米管在耐火材料基質中的分散。添加3.0 wt.%碳納米管/鎂鋁尖晶石晶須的低碳鋁碳耐火材料（命名為C3）的抗熱震性顯著提高。C3的熱震殘余強度保持率和其熱震后基質的比斷裂能為39.2%和141 N·m^-1，分別比空白試樣（19.9%和109 N·m^-1）提高了97.0%和29.4%。這主要是因為碳納米管和鎂鋁尖晶石晶須增強了耐火材料的基質，促進了"橋接"、"裂紋偏轉"和微裂紋的產生。

納米ZrO₂粉對Al-Si復合不燒Al₂O₃-C材料性能的影響

田學坤

鄭州大學

 本報告以片狀氧化鋁、硅粉、鋁粉、石墨和納米ZrO₂粉為原料，研究了納米ZrO₂粉對Al₂O₃-C材料燒成過程中物相組成和顯微結構演變的影響。隨著溫度的升高，試樣中Al和Si的殘余含量逐漸降低，添加的納米ZrO₂促進了Si和Al的原位反應生成較多的AlN和SiC晶須，形成連續互鎖的網絡結構，對材料起到增強增韌作用，從而提高Al₂O₃-C材料的抗熱震性和高溫強度。此外，納米ZrO₂粉填充孔隙并提高材料致密度，從而改善了材料的物理性能。

h-BN對鋁碳耐火材料材料抗侵蝕性能的影響及其作用機制

羅益欣

武漢科技大學

 為提高低碳Al₂O₃-C耐火材料的抗侵蝕性能以及揭示含硼添加劑對Al₂O₃-C耐火材料抗侵蝕性作用關系，以h-BN為抗氧化劑，研究了h-BN對低碳Al₂O₃-C耐火材料物相組成、顯微結構演變、抗氧化性能以及抗侵蝕性能的影響，并通過步進式熱力學模擬闡明h-BN對低碳Al₂O₃-C耐火材料的抗侵蝕作用機制。

以椰殼炭為碳源合成Ti₃SiC₂粉體及其氧化行為

蘇凱

鄭州大學

 報告提出了以椰殼炭為新型碳源，在1673 K下通過簡單的無壓燒結法合成Ti₃SiC₂粉體的方法，合成的Ti₃SiC₂晶粒呈現典型的納米層狀結構。在1273 K-1473 K等溫氧化過程中，Ti₃SiC₂粉體的等溫氧化曲線呈拋物線型，這是由于Ti₃SiC₂顆粒表面迅速形成由TiO₂和SiO₂組成的致密連續氧化層作為擴散屏障，有效阻止氧氣向內部擴散，賦予了Ti₃SiC₂粉體良好的抗氧化性。

中空骨料對輕質MgO-MgAl2O4-C復合材料性能研究

黃科

河南科技大學、洛陽理工學院

 以高純電熔鎂砂、自制鎂鋁尖晶石中空骨料、α-Al₂O₃微粉、鎂鋁尖晶石粉、Si粉、Al粉和鱗片石墨為主要原料，以熱固性酚醛樹脂為結合劑，制備了MgO-MgAl₂O₄-C復合材料。探究了自制鎂鋁尖晶石中空骨料添加量對輕質MgO-MgAl₂O₄-C復合材料性能的影響。結果表明：經1200℃煅燒后試樣中有SiC和AlN產生，升溫至1400℃時生成了片狀MgAlON。隨著鎂鋁尖晶石中空骨料的添加量增加試樣經不同溫度煅燒后顯氣孔率呈上升趨勢，體積密度下降。當煅燒溫度為1400℃時，引入6wt%鎂鋁尖晶石中空骨料試樣常溫抗折強度和常溫耐壓強度均達到最大值分別為14.8MPa和120.5MPa。中空骨料的引入改善了試樣的抗熱震性能，經過3次風冷熱震后添加6wt%中空骨料試樣的殘余強度保持率高達80%以上。值得注意的是，試樣的高溫抗折強度隨著中空骨料的加入量增加略微下降。中空骨料的引入改變了裂紋擴展的方向，形成了不同的耗散機制實現了對材料的增強增韌。