纳米三氧化二铝（VK-L30）在耐火材料里的应用

纳米三氧化二铝（VK-L30）在耐火材料里的应用

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1, 纳米复合刚玉砖及镁铬砖

    采用一定的混合工艺，将少量的纳米粉添加到配料组成系统中。如在刚玉砖的配料中加入少量纳米氧化铝（VK-L30，30纳米，99.99%）和纳米二氧化硅（VK-SP30）,在镁铬砖的配料中加入纳米三氧化二铁，均可以明显地提高试样的力学性能指标。

   纳米二氧化硅（VK-SP30）复合刚玉砖抗折强度和耐压强度的实验测试结果表明。纳米二氧化硅的加入，可大幅度地提高试样的力学性能，特别是加入适量的1%-2%时，经1450,1550℃烧成的试样，其强度与没加纳米材料的相比增加了1.5~2.0倍，如以无纳米粉的试样和加入2%纳米二氧化硅（VK-SP30）时的试样相比，耐压强度则分别从15.8, 60.5MPa上升到170.4,179.6MPa。

    经1700℃×3h处理后的试样断口SEM照片，可看出，MgO-Cr2O3质耐火材料中加入纳米氧化铁后显微结构发生了很大变化。

2，纳米复合材料Al2O3-SiC-C浇注料

    Al2O3-SiC-C浇注料因其优良的性能在铁钩中得到稳定、广泛的应用。为了进一步提高Al2O3-SiC-C浇注料的高耐温性能，特别是高温力学强度，用硅铝凝胶粉替代纯铝酸钙水泥最为结合剂，它的引入可明显地降低Sialon的生成温度，并能促进β-Sialon相的生成。因此，纳米Al2O3-SiO2凝胶粉复合的Al2O3-SiC-C耐火浇注料具有高的高温抗折强度（1400℃×0.5h）。

   添加凝胶粉后，纳米复合Al2O3-SiC-C浇注料中Sialon的生成温度降低，中温1100℃已发现β-Sialon，而采用水泥结合的Al2O3-SiC-C浇注料，在1100℃时只出现Si2N2O过渡相。

    这类纳米复合Al2O3-SiC-C耐火浇注料已完成在国内某钢厂2号高炉内（1536m³）主沟（包括砂口）上的工业试验。在不修补的情况下一次性通铁量达到15.79t，超过同类非纳米复合Al2O3-SiC-C浇注料12t的水平，目前正在国内其他铁厂高炉沟上推广应用。

3， ZrO2/ZrO2复合及Cr2O3/MgO-Cr2O3复合耐火材料  

   ZrO2质定径口扩径快速率决定着小方坯连铸的寿命。分析表明，扩径的主要原因是制品强度低，气孔大，因此采用纳米技术降低ZrO2质定径水口的气孔，有望能提高其使用性能。

   纳米二氧化锆（VK-R30Y3，30纳米，99.9%）复合后的ZrO2定径水口坯体，经1500℃×6h烧成后与纳米复合前的ZrO2定径水口经1800℃×6h烧成后的体积密度和显气孔率相同，且纳米复合后试样经800℃×6h烧成后，其中的显气孔率从19%降到11%。其孔径和孔容均变小，多数集中在10nm.可见，纳米氧化锆（VK-R30Y3）主要充填于气孔中起着充填作用并促成烧结。

    MgO-Cr2O3质耐火材料的烧结机理为蒸发-凝结过程，由于Cr2O3在高温烧结条件下存在着易蒸发性及高的蒸发速率，因此一般的镁铬质耐火材料均存在显气孔率高、孔径大、体积密度低等缺点，从而影响着其抗熔渣的侵蚀性能。

纳米技术对降低镁铬质耐火材料的显气孔率、提高其体积密度有利（见图9），从而有望能提高处理后的镁铬砖的抗渣性能。从显微结构上看，不管经多少温度处理，用MgO-Cr2O3溶胶处理后的孔周围均形成了一层致密的MgO-Cr2O3质沉积层。

4，包覆纳米氧化物薄膜石墨

    碳具有不易被钢水和熔渣所湿润以及高的导热性能等特征，加入到以氧化物为主的浇注料中能使其性能得到大大的改善，因此，目前含碳浇注料的研究和开发已成为耐火材料行业中的一个热点。由于水对石墨表面的不湿润性，使石墨在浇注料中难于分解，影响浇注料的流动性，这已成为妨碍含碳浇注料进一步发展及应用的首要问题。

    为对石墨表面进行改性处理，通过各种无机盐的水解，在天然鳞片石墨表面包覆纳米氧化物薄膜。

    各种氧化物纳米薄膜包覆的石墨经500℃处理后，其表面包覆的氧化物均以无定形的方式存在，包覆于石墨表面的氧化物与石墨形成了C-O-M(M代表金属)键，具有化学吸附的特征。石墨经纳米氧化物包覆后颗粒形状发生了变化，其平均粒度增加，表面分数维数增加。图11（a）为未包覆的石墨，图11（b）为三氧化二铝包覆石墨，图11（c）为三氧化二铬包覆石墨，图11（d）为二氧化钛包覆石墨，图11（e）为二氧化锆包覆石墨。

     纳米氧化物包覆石墨与水的湿润角相对于未处理石墨都大大地降低，包覆三氧化二铝的石墨表现出更为良好的亲水型，分散稳定性能高。

     另外，包覆纳米三氧化二铝（VK-L30）的石墨的氧化反应表观活性能提高，抗氧化能力增强。石墨表面包覆二氧化钛对抗氧化性无大的改善，包覆纳米二氧化锆和三氧化二铬的石墨的抗氧化能力降低，这是二氧化锆和三氧化二铬对碳-氧反应的催化作用造成的。

采用纳米技术能制备性能更优的耐火材料。纳米粉体确实对耐火材料的性能有明显的提升作用。