李波濤　徐志飛　陳盼軍

1河南同人鋁業(yè)有限責任公司（472100）　2陜西省建筑科學研究院（710032）

新技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用

李波濤1徐志飛1陳盼軍2

1河南同人鋁業(yè)有限責任公司（472100）2陜西省建筑科學研究院（710032）

介紹了納米技術(shù)、原位合成技術(shù)、自蔓延高溫合成（SHS）技術(shù)和功能梯度材料技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用和需要深入解決的問題，進而擴展新技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用。

耐火材料；納米技術(shù)；原位合成技術(shù)；自蔓延高溫合成技術(shù)；功能梯度材料技術(shù)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，耐火材料也從傳統(tǒng)耐火材料向著精細陶瓷的領(lǐng)域發(fā)展，研制和開發(fā)了一些特種耐火材料。與此同時，我們還可以進一步擴展新技術(shù)在傳統(tǒng)耐火材料中的應(yīng)用。通過這些新技術(shù)的應(yīng)用，希望能研制出性能優(yōu)良、成本低廉、工藝簡單的耐火原材料。

1　新技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用

1.1納米技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用

納米技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用主要是在耐火材料中引入納米粉體。賈曉林［1］等研究了高純剛玉引入α-Al2O3納米粉與α-Al2O3微粉對其燒結(jié)性能的影響，引入量分別為0.5%、1%、2%、3%的α-2Al2O3納米粉和4%、8%、12%的α-Al2O3微粉。結(jié)果表明，同時添加α-Al2O3納米粉和α-Al2O3微粉能夠促進固相燒結(jié)，提高試樣的燒結(jié)性能；當α-Al2O3納米粉添加量（質(zhì)量分數(shù)，下同）為1%～2%，α-Al2O3微粉加入量為4%～8%時，燒結(jié)溫度可降到1 400～1 500℃，此時制品的體積密度、強度達到最佳值，且其固相燒結(jié)以擴散傳質(zhì)為主。文獻［1，2］研究指出，在MgO-C質(zhì)復合耐火材料中，利用納米碳粉替代鱗片石墨或在基質(zhì)中原位形成納米纖維能明顯地改善MgO-C磚的使用性能。

Mukhopadhyay［3］等對高鋁澆注料中引入Sol-Gel制得的納米尖晶石進行了研究。結(jié)果表明，高鋁澆注料加入用Sol-Gel得到的納米尖晶石，其流動性能相比于加純MgO細粉和加微米級尖晶石提高80%，同時在精煉二次侵蝕性條件下，表現(xiàn)出更優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性和抗渣性。呂春燕［4］等研究了硅鋁凝膠粉對Al2O3-SiC-C澆注料性能的影響。結(jié)果表明，以硅鋁凝膠粉替代純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑，硅鋁凝膠粉的添加既能夠降低β-Sialon的生成溫度，又可以減少材料中的低熔物質(zhì)的量，使制品經(jīng)中溫、高溫熱處理后的常溫抗折強度及耐壓強度有較大提高。

1.2原位合成技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用

原位合成技術(shù)指利用反應(yīng)生成第二相，以改善耐火材料的性能。其優(yōu)點是能夠減少第二相的固有缺陷，同時還可降低產(chǎn)品的價格。目前已有一些關(guān)于耐火材料原位合成技術(shù)的文獻報道，閻加強［5］選擇ZrSiO4、Al2O3和C作原料，利用反應(yīng)燒結(jié)原位生成SiC顆粒和晶須復合ZAS材料，把SiC顆粒均勻分散于ZAS內(nèi)，提高了ZAS的力學性能。結(jié)論表明，在加熱過程中，添加Al、Si的含碳耐火材料，可在耐火材料中生成SiC晶須、AlN晶須和Al4C3晶須，晶須的生成能夠改善含碳耐火材料的性能，并延長其使用壽命。陳衛(wèi)武［6］研究了Al2O3-C復合耐火材料中原位生成SiC晶須的工藝參數(shù)和生成機理，結(jié)論表明，原位生成SiC晶須可以明顯增強Al2O3-C耐火材料強度和韌性。

M.P.Albano［7］采用在氮化爐中放入Al2O3-SiO2-SiC混合物，利用反應(yīng)原位合成Sialon相，制備了Sialon結(jié)合SiC耐火材料。C.M.Ke以Si3N4-ZrSiO4-Al2O3混合物利用原位合成技術(shù)制備 O-Sialon-Al2O3耐火材料。

1.3自蔓延高溫合成技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用

隨著自蔓延合成技術(shù)的不斷發(fā)展，自蔓延合成技術(shù)在耐火材料領(lǐng)域也得到一定的應(yīng)用。文獻［8］研究表明，以菱鎂礦、白云石和鉻礦土等天然原料，利用制備的耐火材料用于鋁熔煉爐爐襯，使用壽命長于常規(guī)耐火材料。利用自蔓延合成技術(shù)燒結(jié)法制備的Si3N4-SiC-TiN材料，其孔隙度為8%～15%，可用作高級耐火材料。

另外，SHS焊接技術(shù)也有一定的應(yīng)用，其工藝過程是把合適的反應(yīng)原料填進兩耐火材料之間，通過SHS技術(shù)使中間原料發(fā)生反應(yīng)，進而焊接兩耐火材料。楊林福等［9］通過SHS技術(shù)分別合成了耐火材料β-SiC超細粉和莫來石制品，粉體比表面積為2.48 m2/g，d=0.87 μm。

1.4梯度功能材料（FGM）技術(shù)在耐火材料中的應(yīng)用

梯度功能材料具有優(yōu)異的性能，它所體現(xiàn)出的新穎的材料設(shè)計思想一經(jīng)提出，立即引起世界各國材料科學工作者的高度重視，迄今為止，已探索出一些基本的研究方法，制備出許多體系的梯度功能材料。

馮改山［10］研究表明，梯度功能材料技術(shù)應(yīng)用在耐火材料中，主要是基于鋁熔煉爐內(nèi)不同部位對耐火材料的使用性能和結(jié)構(gòu)要求的不同，如鋁熔煉用多層內(nèi)襯材料，根據(jù)不同材料物理、化學性能來設(shè)計組分漸變的耐火材料。但要開發(fā)出經(jīng)濟的、應(yīng)用面較廣（大面積、形狀復雜件）的FGM技術(shù)制備耐火材料工藝，還需作深入研究。

2　結(jié)語

這里對已經(jīng)應(yīng)用于和可能應(yīng)用于耐火材料的幾種新技術(shù)作了簡介，期望引起更多的耐火材料研究者的興趣，從而加強這方面的理論和應(yīng)用的研究。目前，納米科技在耐火材料中的應(yīng)用尚處于初級階段，技術(shù)、工藝還不太成熟，需要進一步探索和改進。納米材料如能經(jīng)過有效的化學、物理分散方法均勻地分散于混合物料中，對提高耐火材料的性能起到非常重要的作用。納米材料如在納米粉的分散問題上取得突破性進展，納米科技將會得到巨大的發(fā)展。納米科技在耐火材料市場的應(yīng)用前景非常廣闊。

［1］賈曉林，鐘香崇.α-Al2O3納米粉對高純剛玉磚燒結(jié)性能的影響［J］.耐火材料，2005，39（5）：326-328.

［2］田明原，施爾畏，仲維卓，等.納米陶瓷與納米陶瓷粉末［J］.無機材料學報，1998，13（2）：129-137.

［3］Mukhopadhyay R D，Gnanam F D.Sol-gel mullite as the self-bonding material for refractory applications［J］.Ceramics International，2000，26（4）：347～350.

［4］呂春燕.原位生成Sialon增強Al2O3-SiC-C鐵溝澆注料研究［D］.武漢：武漢科技大學，2004.

［5］YAN Jiaqiang，GUO Zhengzhong，SUI Zhitong.The influence of process parameters on the reaction-sintering production of ZrO2-SiC and ZrO2-Al2O3·2SiO2-SiC composites with in-situ SiC［M］.Proceedings of sixth international symposium on the science and technology of sintering，China，1995：418-423.

［6］陳衛(wèi)武，鄒宗樹，王元明，等.SiCw在Al2O3-C復合耐火材料中的原位生長［J］.硅酸鹽學報，1998，26（1）：124-127.

［7］ALBANA M P，SCIAN A N，PEREIRA E.Insitu formation of Sialon carbide based refractories microstructure and mechanical strength［J］.Silicate Industries，1997，62（5～6）：119-128.

［8］殷聲.自蔓延高溫合成技術(shù)和材料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

［9］楊林福，汪厚植，顧華志.自蔓延高溫合成β-SiC超細粉［J］.耐火材料，1995，29（4）：192-195.

［10］馮改山.性能漸變材料原理及其應(yīng)用于耐火材料的技術(shù)可能性.耐火材料，1994，28（5）：300～303.