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【6h】

原位催化生成MgO晶须及ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料的制备研究

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目录

声明

摘要

引言

第1章 文献综述

1.1 镁碳质耐火材料的发展

1.2 镁碳耐火材料的性质及存在的问题

1.2.1 镁碳耐火材料的性质

1.2.2 镁碳耐火材料存在的问题

1.3 低碳镁碳耐火材料用新型结合剂

1.3.1 纳米催化剂改性结合剂

1.3.2 有机物改性结合剂

1.3.3 无机纳米粒子改性结合剂

1.4 低碳镁碳耐火材料的基质优化研究

1.4.1 镁砂临界粒度的调整

1.4.2 纳米材料的引入

1.4.3 原位生成MgO晶须及碳纳米管等增韧材料

1.5 低碳镁碳耐火材料用高效抗氧化剂研究

1.5.1 单一抗氧化剂的应用

1.5.2 组合抗氧化剂的应用

1.6 碳的取代及其对碳复合耐火材料的影响

1.7 研究意义及研究内容

1.7.1 研究意义

1.7.2 研究内容

第2章 MgO晶须的催化制备研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验配比

2.2.3 实验仪器及设备

2.2.4 实验过程

2.3 结果与讨论

2.3.1 热力学分析

2.3.2 催化剂种类及加入量对MgO晶须生成的影响

2.3.3 铝粉加入量对MgO晶须生成的影响

2.3.4 石墨加入量对MgO晶须生成的影响

2.3.5 热处理温度对MgO晶须生成的影响

2.3.6 MgO晶须的显微结构及生长机理分析

2.3 本章小结

第3章 ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料力学性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料及配比

3.2.2 实验过程

3.3 结果与讨论

3.3.1 ZrB2∶SiC 比例对低碳镁碳耐火材料力学性能的影响

3.3.2 ZrB2-SiC复合粉体加入量对低碳镁碳耐火材料力学性能的影响

3.3 本章小结

第4章 ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料热震稳定性研究

4.1 引言

4.2 实验过程

4.3 实验结果及分析

4.3.1 ZrB2∶SiC配比对低碳镁碳耐火材料热震性能的影响

4.3.2 ZrB2-SiC复合粉体加入量对低碳镁碳耐火材料热震性能的影响

4.3.3 ZrB2-SiC/MgO-C低碳耐火材料在氧化气氛中的热震性能

4.3.4 ZrB2-SiC/MgO-C低碳耐火材料抗热震参数计算

4.4 本章小结

第5章 ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料抗氧化性能与抗渣性能研究

5.1 引言

5.2 试样制备及实验方法

5.2.1 氧化实验

5.2.2 抗渣实验

5.3 实验结果及分析

5.3.1 氧化实验结果及分析

5.3.2 抗渣实验结果及分析

5.4 本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

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摘要

本论文研究了MgO晶须的催化合成工艺和ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料的常温物理性能、高温力学性能、热震稳定性、抗氧化性及抗渣性。
  (1)以硝酸铁、硝酸钴及硝酸镍为催化剂前驱体,以镁砂细粉、鳞片石墨及金属铝粉等为原料,经1200~1400℃/2h反应后,催化合成了直径约在40~200nm的MgO晶须。MgO晶须的最佳合成条件为:Fe2O3、CoO及NiO加入量为1wt%,铝粉用量为3wt%,热处理温度为1400℃;当Fe2O3和NiO为催化剂时,石墨的用量为4wt%;当CoO为催化剂时,石墨的用量为6wt%。
  (2)以ZrB2∶S℃比例不同的ZrB2-SiC复合粉体替代石墨制备了一系列ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料,并对其常温物理性能、高温抗折强度及应力应变关系进行研究。结果表明:以ZrB2含量为80wt%的ZrB2-SiC复合粉体取代80wt%的石墨时,ZrB2-SiC/MgO-C低碳耐火材料的常温物理性能和高温抗折强度最佳;ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料的弹性变形温度范围为25~600℃,塑性变形开始温度为600~800℃。
  (3) ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料的抗热震研究表明:随实验温度的增大,耐火材料的抗热震性不断降低;改变复合粉体中ZrB2∶SiC的比例对低碳镁碳耐火材料抗热震性的影响不大。随着ZrB2-SiC复合粉体对石墨替代量的增加,材料在埋碳气氛下的抗热震性有所降低,但在氧化气氛下的抗热震性则逐渐增强。
  (4) ZrB2-SiC/MgO-C复合低碳耐火材料的抗氧化研究表明:1250℃/2h氧化后,不加入ZrB2-SiC复合粉体时,低碳耐火材料的氧化面积为3.08%,当ZrB2-SiC的替代量为50wt%时,低碳耐火材料的氧化面积仅为0.15%,说明用ZrB2-SiC替代石墨可以显著提高低碳耐火材料的抗氧化性能。
  (5)采用静态坩埚法研究了ZrB2-SC/MgO-C复合低碳耐火材料的抗渣性能,结果表明:温度越高低碳耐火材料的渣蚀现象越严重;相同渣蚀条件下,ZrB2-SiC复合粉体替代石墨对低碳耐火材料的抗渣性能影响不大。

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