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技术专题

耐火材料高性能化与纳米技术的应用

编辑:荣盛耐材   浏览:   时间:2017-05-15

  最近几年,关于纳米技术在耐火材料中应用的研究越来越多,主要是在耐火材料中引入纳米粉体、引入溶胶和引入纳米材料的前驱物来改善显微结构、提高材料性能,取得了较好的效果。因此,将纳米技术在耐火材料中加以应用,有助于实现高性能化,对开发新型高性能纳米复合耐火材料具有重要意义。
 
  纳米技术在不定形耐火材料中的应用
 
  纳米技术在不定形耐火材料中的应用主要体现在浇注料中,引入的方式主要有外加纳米粉、以溶胶为结合剂和引入前驱物后原位形成纳米结构。利用纳米粉自身特性、分布和表面、界面效应来达到提高结合性、减少加水量、降低有害组分、增加反应活性、提高某些性能的目的。
 
  铝、硅等溶胶与对应的氧化物纳米粉相比,价格要低得多,将其作为结合剂取代水泥等传统结合剂,将降低杂质组分,提高材料性能,目前在此方面的研究成为新热点。有很多专家学者系统研究了溶胶对刚玉基浇注料性能的影响。结果表明,在刚玉基浇注料中引入硅溶胶可明显提高浇注料在800~1200℃下的热态强度、抗热震性和抗侵蚀性。铝、硅溶胶作为结合剂取代水泥在刚玉-尖晶石浇注料和Al2O3-SiC-C浇注料中应用时,纳米颗粒可促进烧结,结构较致密,气孔微细化,抗侵蚀性优良;且硅溶胶与Al2O3反应生成莫来石,进而明显提高浇注料的高温强度和抗热震性。在浇注料中加入溶胶-凝胶法得到的纳米尖晶石,在相同实验条件下,其流动性比加氧化镁细粉和加共沉淀法制得的微米级尖晶石高出80%,同时具有优良的热震稳定性和抗渣性。
 
  纳米粉可促进浇注料烧结,改善显微结构和某些性能。但由于价格昂贵,其在不定形耐火材料中应用时的性价比值得考虑,因此应寻找廉价的纳米源,提高性价比。
 
  研究结果可知,在浇注料中引入溶胶作结合剂,可明显提高性能并降低浇注料中有害成分的含量,且溶胶相对价格低,因此可作为工业化大规模应用的纳米源物料。
 
  另一种较经济地引入纳米相的方法是加入纳米前驱物,使其受热分解后生成原位纳米相。有研究者将纳米碳酸钙引入到刚玉-尖晶石浇注料中,高温下纳米碳酸钙分解,原位生成铝酸钙系矿物,能明显提高浇注料在800~1400℃的热态抗折强度和抗热震性能,对浇注料抗高碱度渣性能的影响较小,但明显降低了抗低碱度渣的侵蚀性和渗透性。其原理在于800℃烧后纳米CaCO3分解成CaO,并与Al2O3反应生成无定形铝酸钙,产生原位结合;随温度升高,铝酸钙逐渐和更多地与Al2O3反应,直到1600℃后完全生成板状CA6,并均匀分布在浇注料中。
 
  纳米技术在氧化物制品中的应用
 
  纳米技术在氧化物制品中应用的研究主要集中在引入纳米粉体以促进烧结或作为矿化剂改善显微结构以及提高氧化物制品的韧性等方面。
 
  在相同工艺条件下,外加1%纳米Fe2O3可使镁铬砖的烧成温度降低150℃左右,纳米Fe2O3改善了镁铬砖的显微结构,常温抗折强度和耐压强度大幅度提高。在刚玉砖基质中加入0~3%的α-Al2O3纳米粉和0~12%的α-Al2O3微粉,可以促进固相烧结,改善烧结性能,使烧结温度降低200~400℃;刚玉砖中加入少量的α-Al2O3纳米粉和适量的α-Al2O3微粉可以显著提高试样的高温抗折强度,并对抗热震性能有一定的改善作用。在刚玉质、ZrO2质耐火材料中分别引入纳米Al2O3和纳米ZrO2,能促进材料烧结,并在材料中形成一种以纳米颗粒为核的类似于“晶内型”的复合结构,因而增强了材料的力学性能,提高了材料的抗热震性。纳米粉的加入量为1.5%时,制品的综合性能达到最佳。
 
  近年来,国内外较多研究报道有关在氧化物制品或非氧化物制品中引入Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2等纳米粉,以降低氧化物制品的烧结温度。但纳米粉价格昂贵,且在基体中不易分散均匀,其性价比及工业化应用的可行性值得探讨。目前有关纳米粉促进烧结方面的报道逐年减少。应选择物美价廉且易于工业化应用的纳米源,比如引入价格相对较低的溶胶或凝胶以及一些纳米前驱体,使其加热过程中原位形成纳米相,进而优化材料结构、提高材料性能。
 
  此外,纳米技术在A12O3-C和ZrO2-C等含碳耐火材料中应用也取得较好的效果。引入纳米材料后,材料显微结构得以改善,性能提高。将过渡金属催化剂(Fe、Co和Ni)引入到A12O3-C材料中,原位生成碳纳米纤维,提高了材料的热态强度和抗热震性。
 
  荣盛耐材对于纳米材质耐火材料有一定研究,如果您需要相关耐火材料,欢迎致电荣盛耐材有限公司。

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