1 武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
2 东北大学冶金学院，沈阳 110819
以Al4SiC4为原料、Y2O3为添加剂，采用无压烧结制备Y3Al5O12-Al4SiC4复合耐火材料，研究Y2O3添加量［0~5%(质量分数)］对复合材料物相组成、微观形貌与力学性能的影响，并通过DFT模拟计算Y3+对Al4SiC4不同晶面表面能的影响。结果表明：高温下Y2O3与Al4SiC4表面固有氧化层形成共晶液相，在复合材料晶界处生成Y3Al5O12和少量Y2SiO5。Y2O3的添加促使Al4SiC4晶粒沿二维平面生长，由不规则状向六方片状转变，这是由于添加剂中Y3+降低了晶面的表面能。复合材料的抗折强度随Y2O3添加量增加呈现先增大后降低趋势，当Y2O3添加量为3%时，尺寸均一的六方片状Al4SiC4晶粒交错生长构筑成骨架结构，Y3Al5O12弥散分布于Al4SiC4晶界处，Y3Al5O12-Al4SiC4复合材料力学性能得到提升，复合材料体积密度、显气孔率和抗折强度分别为2.44 g·cm-3、20.15%和52.7 MPa。
碳硅化铝 钇铝石榴石 复合材料 耐火材料 力学性能 aluminium silicon carbide yttrium aluminium garnet composite refectory mechanical properties
武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
以两种不同粒径的石英砂为原料, 石灰乳和纸浆废液为结合剂, 经1 430 ℃高温烧成制备硅砖, 研究复合矿化剂及保温时间对硅砖物相组成、显微结构及主要物理性能的影响规律。研究结果表明, 经1 430 ℃保温10 h后, 烧成试样由鳞石英、方石英及少量残余石英组成。添加铁鳞粉-CaO-MnO2-SiC或铁鳞粉-CaO-MnO2-TiO2四元矿化剂时, 硅砖中典型的骨料-基质耐火材料结构消失, 并逐步出现“均质化”效应。当矿化剂为铁鳞粉-CaO-MnO2-TiO2时, 经1 430 ℃保温10 h后, 烧成试样具有较好的综合性能, 其体积密度、显气孔率及常温耐压强度分别约为(1.93±0.01) g·cm-3、(14.9±0.1)%及(55.05±0.64) MPa。在最佳矿化剂组分及烧成制度基础上, 延长保温时间至15或20 h时, 材料中残余石英含量降低, 但鳞石英含量增大, 导致体积膨胀效应增强, 使材料的物理性能受损。
硅砖 复合矿化剂 物相组成 鳞石英 方石英 残余石英 显微结构 物理性能 silica brick multi-mineralizer phase composition tridymite cristobalite residual quartz microstructure physical property
红外与激光工程
2023, 52(3): 20230017
1 东北大学冶金学院，沈阳 110819
2 武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
坩埚耐火材料对钛合金熔炼的质量非常重要，为开发高性能新型坩埚材料，以工业Y2O3和Al2O3-MgO-CaO系粉末(AMC)为原料，制备出Y2O3-Al2O3-MgO-CaO系复合耐火材料，研究了烧结温度(1 500 ℃、1 600 ℃)和AMC含量(0、25%、50%、75%和100%，质量分数)对所制备耐火材料的物相组成、烧结性能(线收缩率、体积收缩率、显气孔率、体积密度)、常温耐压强度、抗热震性能和显微结构的影响。结果表明：相对于Y2O3和AMC材料，复合材料的性能均有所提高；提高烧结温度，其性能更佳；且随着AMC含量的提高，复合材料的线收缩率、体积收缩率、体积密度和常温耐压强度随之增大，显气孔率降低；当AMC的质量含量为75%时，1 500 ℃烧结3 h制得复合材料的综合性能最优，其显气孔率为4.37%，常温耐压强度为274.99 MPa，3次水冷热震后残余强度为161.60 MPa，残余强度保持率为58.78%。
复合耐火材料 氧化钇 钙镁铝酸盐 烧结温度 原料配比 composite refractories yttrium oxide calcium magnesium aluminate sintering temperature raw material ratio
武汉科技大学, 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
以电熔白刚玉、鳞片石墨、活性 α-Al2O3微粉、金属 Al粉和 Si粉为主要原料、h-BN (质量分数 0%、3%)为添加剂, 制备低碳 Al2O3-C耐火材料, 研究了不同氮化温度下添加 h-BN对 Al2O3-C耐火材料显微结构、物理性能以及抗氧化性能的影响。结果表明: 添加 h-BN促进了 SiC晶须的生成, 在 1 400℃氮化后添加 h-BN样品的常温耐压强度和常温抗折强度较未添加 h-BN样品分别提高了 6%和 10%；添加 h-BN样品的抗氧化性能得以显著提升, 其中 1 500℃氮化后添加 h-BN样品的抗氧化性能较未添加 h-BN样品提高了 21%。
六方氮化硼 氮化温度 低碳铝碳耐火材料 抗氧化性能 物理性能 hexagonal boron nitride nitriding temperature low-carbon aluminum carbon refractories oxidation resistance physical properties
固体材料在超快强激光驱动下的高次谐波辐射是凝聚态物理、材料学、光学与光子学等学科领域的交叉研究方向。目前固体高次谐波研究已经从金属、半导体、普通绝缘体等块体材料拓展到低维纳米结构，并且在拓扑绝缘体和拓扑表面态上也成功探测到非微扰的高次谐波信号。与气相原子、分子相比，固体材料具有更高的原子密度，且固体高次谐波的产生机制更为复杂，在新型光源、材料物性和微观动力学表征等方面拥有良好的应用前景。本文主要回顾了近年来固体高次谐波的实验和理论进展，并对其机制及潜在应用进行探讨和展望。
武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
以钾长石和粉煤灰漂珠为主要原料，矾土为调质剂，在空气气氛下经900~1 150 ℃保温1 h制备得到轻质隔热材料，并研究了烧成温度与矾土含量对轻质隔热材料服役性能的影响规律及作用机理。结果表明，通过提升烧成温度或增加矾土含量，能够有效优化轻质隔热材料的常温物理性能。当烧成温度为1 100 ℃、调质剂矾土质量分数为20%时，试样具有最佳物理性能，其体积密度约为(0.97±0.01) g·cm-3，真气孔率约为(63.7±0.5)%，常温耐压强度达到(9.42±0.21) MPa，同时其300 ℃和600 ℃下的高温热导率分别约为0.147 W/(m·K)和0.229 W/(m·K)，与一般轻质隔热材料相比同样具有优异服役性能，且制备成本较低。
钾长石 粉煤灰漂珠 轻质隔热材料 物理性能 高温热导率 孔径分布 potassium feldspar fly ash cenosphere lightweight insulation material physical property high-temperature thermal conductivity pore size distribution
1 湖南工学院新型建筑材料研究院, 衡阳 421002
2 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
MgO-C耐火材料作为钢铁冶炼用关键基础材料, 被广泛用作转炉衬砖、电弧炉炉壁和钢包渣线用砖。寻求制备高性能低碳MgO-C耐火材料的新方法对耐火材料及冶金行业的发展至关重要, 本文从纳米碳源的引入、骨料表面的改性和镁基骨料的引入、酚醛树脂的改性、抗氧化剂的引入及陶瓷相的原位形成角度出发, 综述了改善低碳MgO-C耐火材料结构和性能的研究进展, 以期为进一步推动低碳MgO-C耐火材料的发展提供参考, 并对MgO-C耐火材料未来的研究方向进行了展望。
MgO-C耐火材料 纳米碳源 骨料 改性酚醛树脂 高效抗氧化剂 陶瓷相 MgO-C refractory nanocarbon source aggregate modified phenolic resin high-efficiency antioxidant ceramic phase
武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
研究了Al4O4C材料在高温氮气条件下的物相转化、结构演变与反应机理。结果表明：Al4O4C在高于700 ℃氮气气氛条件下开始发生反应，其氮化反应是由表面反应和内部扩散传质反应的若干个循环过程组成的。在反应初始阶段，Al4O4C材料表面发生氮化反应并形成AlN、Al2O3、C复合反应层，阻碍氮气的扩散。随着热处理温度的升高，氮化反应速率加快，大量AlN形成伴随的体积膨胀效应造成Al4O4C表面反应层破裂，AlN和Al2O3交错生长的疏松多孔表面结构作为气相扩散通道，促进氮气扩散与反应。当氮化温度为1 600 ℃时，中间产物Al2O3、C和N2进一步发生碳热还原氮化反应，并伴随大量气相生成，AlN颗粒发育更为完全，晶粒形貌更完整。
碳氧化铝 物相转化 显微形貌 氮化 反应机理 aluminum oxycarbide phase transformation microstructure nitridation reaction mechanism
