干熄焦爐用原位生成AlN晶須增強莫來石-碳化硅質耐火材料

摘要：為了提高干熄焦爐斜道支柱用耐火材料的強度與韌性,在莫來石-碳化硅耐火磚中引入不同量的Al粉(其質量分數分別為2%、4%、6%和8%),并研究了Al粉粒徑(中位粒徑分別為74、38和13 μm)、氮化溫度(600、850、1 000和1 200 ℃)及催化劑(分別為納米Fe粉與氮化硅鐵,外加質量分數均為0.5%)對其在氮氣氣氛下燒成后結構與性能的影響。結果表明:隨著Al粉加入量的增加,試樣的高溫抗折強度逐步提高,Al粉的加入量( w )為6%時,其高溫抗折強度可達41.3 MPa,是普通莫來石-碳化硅耐火磚的3倍以上;在5 MPa載荷作用下,經7次循環后,1 400 ℃時普通莫來石-碳化硅耐火磚試樣發生斷裂,而添加Al粉的試樣在18 MPa載荷作用下還可繼續承受載荷循環作用;升溫至800 ℃左右,材料中的Al與N 2反應生成AlN,繼續升高溫度或延長保溫時間,生成了AlN晶須;添加微量的納米Fe粉催化劑,600 ℃氮化氣氛處理后即生成了AlN,850 ℃形成了AlN晶須,從而使試樣的強度和韌性顯著提高。綜合考慮各項性能,Al粉的適合加入量為6%( w ),最佳Al粉的中位粒徑為38 μm,最佳催化劑為納米Fe,其對應的最佳氮化溫度為850 ℃。