SiC晶须及CNTs的原位生成对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

摘要

以板状刚玉、碳化硅、球状沥青、活性氧化铝微粉、SiO2微粉为主要原料，Al-Si合金粉为添加剂，纯铝酸钙水泥为结合剂，制备了Al2O3-SiC-C质浇注耐火材料。通过添加不同含量的球状沥青，借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪及耐火材料力学性能检测仪器，研究了热处理温度及碳含量的改变对Al2O3-SiC-C浇注料物相组成、显微结构结构与力学性能的影响。通过在Al2O3-SiC-C浇注料中添加Ni(NO3)2·6H2O，研究了原位生成的SiC晶须等一维陶瓷相及催化剂含量的改变对浇注料结构与性能的影响。主要研究结果如下:
　　(1)在埋炭条件下，随着球状沥青添加量的提高，经1100℃热处理后Al2O3-SiC-C浇注料试样中有管状的、高长径比的碳纳米管生成。烧成温度提高至1450℃时，浇注料内部原位生成了SiC晶须，且随着沥青含量提高，晶须发育更为良好，长径比增大，晶须含量提高。
　　(2)随着球状沥青添加量的提高，相同热处理温度下的试样常温抗折强度及常温耐压强度逐渐减小。沥青添加量的提高有助于改善Al2O3-SiC-C浇注料试样的高温抗折性能，在本实验中，加入5％球状沥青的试样高温抗折强度达到最大值为2.6MPa。三次水冷热震后的残余耐压强度保持率随着球状沥青加入量的增加下降幅度增大。沥青含量相同的试样随着热处理温度的提高，材料的力学性能呈上升趋势，原位生成的CNTs及SiC晶须陶瓷相共同作用，改善了Al2O3-SiC-C浇注料的常温和高温力学性能。
　　(3)引入了Ni(NO3)2·6H2O的Al2O3-SiC-C浇注料经1450℃热处理后，在材料内部可原位生成发育良好的碳纳米管和SiC晶须。球状沥青含量为5％和7％的添加了硝酸镍的试样常温抗折强度与未添加硝酸镍的试样相比分别提高了11％和22.4％，高温抗折强度分别提高了20.5％和68.4％,热震后的强度保持率分别提高了8.1％和21.5％，常温弹性模量分别提高了40.6％和25％。沥青含量为5％的含硝酸镍试样的载荷位移量及弯曲韧性与沥青含量相同的未添加硝酸镍的试样相比分别提高了54.2％和49.5％;沥青含量为7％的含硝酸镍试样的载荷位移量及弯曲韧性与沥青含量相同的未添加硝酸镍的试样相比分别提高了6.4％和15.3％。
　　(4)Ni(NO3)2·6H2O催化剂前驱体在高温环境下能够还原出金属Ni形成液相，较好溶解SiO(g)和CO(g)，SiC晶须通过溶解-扩散-析出机制生成，其生长过程符合V-L-S生长机理。球状沥青在高温下热分解，产生的碳氢气体裂解后生成碳原子与金属Ni一起发生气相沉积反应，最后碳原子浓度达到饱和逐渐形成碳纳米管，碳纳米管的生长过程则符合底部生长模型。
　　(5)随着Ni(NO3)2·6H2O添加量的增加，Al2O3-SiC-C浇注料试样经1450℃热处理后，试样中有发育良好的SiC晶须生成，SiC晶须长径比提高，晶须生成量也随之提升。
　　(6)随着催化剂Ni(NO3)26H2O添加量的增加，经1450℃热处理后的Al2O3-SiC-C浇注料试样的常温抗折强度、常温耐压强度、断裂位移量、高温抗折强度及残余耐压强度均有不同幅度地提升，其中加入0.6wt％Ni(NO3)2·6H2O的试样综合性能较优。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 Al2O3-SiC-C耐火材料种类及用途

1．3 Al2O3-SiC-C浇注料发展概况与研究进展

1．3．2 添加物对Al2O3-SiC-C质浇注料的影响

1．3．3 结合剂对Al2O3-SiC-C质浇注料的影响

1．5 Al2O3-C耐火材料中常见陶瓷结合相

1．5．1 一维陶瓷增强相

1．5．2 二维片状陶瓷增强相

1．5．3 颗粒增强相

1．6 课题的目的、意义及研究内容

1．6．1 研究的目的及意义

1．6．2 主要研究内容

第二章 球状沥青含量对Al2O3-SiC-C浇注料性能影响

2．1 试验

2．1．1 试验原料

2．1．2 试验过程

2．1．3 表征方法

2．2 结果与讨论

2．2．2 Al2O3-SiC-C浇注料试样显微结构分析

2．2．3 Al2O3-SiC-C浇注料试样性能分析

2．3 小结

第三章 Al2O3-SiC-C浇注料中SiC晶须和CNTs的生成对其性能的影响

3．1 试验

3．1．1 试验原料

3．1．2 试验方案设计

3．1．3 表征方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 热力学分析

3．2．2 Al2O3-SiC-C浇注料试样物相组成分析

3．2．3 Al2O3-SiC-C浇注料试样显微结构分析

3．2．4 Al2O3-SiC-C浇注料试样性能分析

3．2．5 SiC晶须及CNTs生长机理及生长模型

3．3 小结

第四章 Ni(NO3)2·6H2O催化剂对Al2O3-SiC-C浇注料显微结构和性能的影响

4．1 试验

4．1．1 试验原料

4．1．2 试验方案设计

4．1．3 表征方法

4．2 结果与讨论

4．2．2 Al2O3-SiC-C浇注料试样显微结构分析

4．2．3 Al2O3-SiC-C浇注料试样性能分析

4．3 小结

第五章 结论

致谢

参考文献

附录