《耐火材料》2020年刊登文章技術(shù)分析

2020年《耐火材料》發(fā)表文獻(xiàn)量為124篇，編輯部嘗試對(duì)這些論文進(jìn)行盤點(diǎn)，選擇部分有特殊意義的重點(diǎn)文章，綜述成文，權(quán)作索引，希望發(fā)現(xiàn)當(dāng)今耐火材料技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)和特點(diǎn)。

一、耐火原料的發(fā)展

我國是耐火原料資源十分豐富的國家。黏土、硅石和白云石分布廣泛、質(zhì)地優(yōu)良；高鋁礬土、菱鎂礦和石墨得天獨(dú)厚，堪稱中國耐火原料的三大支柱；硅線石族礦物（硅線石、紅柱石、藍(lán)晶石）前景看好；鉻鐵礦、鋯英石的潛力在開發(fā)中；固體廢棄物的再利用等。我國常用耐火原料包括礬土基原料、鎂質(zhì)原料、非氧化物材料以及添加劑等。

2020年《耐火材料》刊登耐火原料方面文章24篇。

礬土基原料的文章有8篇：舒小妹等以高嶺土礦為主要原料制備了輕量莫來石骨料，然后以輕量莫來石骨料等體積替代莫來石-碳化硅耐火材料中的均化礬土骨料，并研究了莫來石-碳化硅材料的性能。李有奇等研究了不同工業(yè)氧化鋁粉粒度對(duì)活性氧化鋁微粉顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響。司超偉等以無水乙醇為研磨介質(zhì)，將工業(yè)氧化鋁粉、鐵精礦粉、石墨粉、氯化鈉混合粉研磨、燒成、合成了鐵鋁尖晶石粉，研究了研磨時(shí)間（分別為0、3、6、9和12 h）對(duì)熔鹽法合成鐵鋁尖晶石的影響。張曉序等將工業(yè)鉻綠分別與平均粒度約為60 nm的η-Al2O3粉、平均粒度約為100 nm的γ-Al2O3粉和平均粒度約為500 nm的α-Al2O3粉按x（Cr2O3）∶x（Al2O3）＝1∶1的比例配料，以聚乙烯醇（PVA）為結(jié)合劑，埋碳燒成了Al2O3-Cr2O3固溶體。王浩等研究了不同外加劑（檸檬酸、乳酸鋁和硫酸鋁）對(duì)可水合氧化鋁水化行為的影響。而郭柳等研究了相組成和比表面積不同的兩種不同廠家的水合氧化鋁在40℃下分別養(yǎng)護(hù)15 min、30 min、2 h、6 h和12 h后的水化行為。魏林雯等為探索耐火材料3D打印成型骨料，以0．38～0．55（A料）、0．27～0．38（B料）和0．25～0．27 mm（C料）3種粒級(jí)的滾動(dòng)成型氧化鋁球?yàn)檠芯繉?duì)象，研究燒結(jié)溫度和拋光時(shí)間對(duì)氧化鋁球平均粒徑、圓度、球形度、休止角和顆粒耐壓強(qiáng)度的影響。孟慶新等以菱鎂礦細(xì)粉和天然硅石粉為原料，分別采用三種不同方案（干磨并半干法成型、濕磨并濕法擠泥成型、濕磨并半干法成型）煅燒制備出高純鎂橄欖石質(zhì)輕質(zhì)微孔合成原料。

鎂質(zhì)原料的文章有5篇：劉小楠等介紹了近年來燒結(jié)氧化鎂的研究現(xiàn)狀、不同影響因素對(duì)燒結(jié)過程的影響、菱鎂礦鍛燒過程的燒結(jié)機(jī)制及動(dòng)力學(xué)，提出研究中存在的主要問題并指出燒結(jié)氧化鎂未來研究的發(fā)展方向。高陟等簡述了國內(nèi)外菱鎂礦的利用現(xiàn)狀，總結(jié)了利用菱鎂礦制備高致密燒結(jié)鎂砂、鎂質(zhì)晶須、納米氧化鎂材料的研究進(jìn)展，并展望了高效利用菱鎂礦資源的發(fā)展方向。崔妍等采用座滴法研究了不同鈣硅比（CaO與SiO2物質(zhì)的量比分別為0．6、1、1．5和1．8）的硅酸鹽雜質(zhì)相與MgO基板的潤濕行為，還研究了添加La2O3對(duì)低品位菱鎂礦制備燒結(jié)鎂砂的影響。史樹威等采用新型節(jié)能環(huán)保機(jī)械化豎窯制備的燒結(jié)鎂砂可用于高性能的玻璃窯蓄熱室凝結(jié)區(qū)用格子磚。

非氧化物材料的文章有7篇：劉萍等綜述了氮化硅粉體的制備方法和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)目前大規(guī)模采用的硅粉直接氮化法和碳熱還原SiO2法存在的問題進(jìn)行了分析。孫佳佳等綜述了SiC及其復(fù)合材料高溫氧化行為及各因素對(duì)其氧化的影響，還對(duì)SiC及其復(fù)合材料的氧化研究進(jìn)行了展望。劉坤等制備了SiC-B4C復(fù)合陶瓷粉，其中一篇為了提高晶體硅砂漿切割廢料的綜合回收利用，以硼酸、石油焦粉為原料，以除雜后d50＝2．68μm晶體硅砂漿切割廢料為燒結(jié)助劑，在1 850℃碳熱還原原位合成；另一篇是為了稻殼更好的被回收利用，也是以硼酸、石油焦粉為原料，碳化稻殼為添加劑，經(jīng)1 800℃碳熱還原原位合成。李忠軻等按B2O3和炭黑質(zhì)量比為55∶45進(jìn)行配料，于氬氣氣氛下采用微波燒結(jié)法制備了碳化硼-石墨化炭黑復(fù)合粉體。王曉峰等將石油焦與SiO2微粉以質(zhì)量比1∶2進(jìn)行混合，在中頻感應(yīng)爐中以1 650℃冶煉45 min得到了晶粒生長較好、含量高達(dá)93．50%（w）的碳化硅粉體。王杏等以ZrO2和Mg粉為主要原料，在熔鹽介質(zhì)中氮化合成ZrN粉體，并研究了合成的ZrN對(duì)硅粉氮化的影響。

添加劑方面的文章有2篇：陳洋等以不同粒度的板狀剛玉、ρ-Al2O3細(xì)粉和硅微粉為主要原料，硅酸鹽水泥為結(jié)合劑，輕質(zhì)氧化鎂為添加劑制備了一種可室溫固化、使用溫度在1 300℃以上、剪切強(qiáng)度較大的無機(jī)高溫黏結(jié)劑?？雕Y等以硅砂、硼砂、Na2O為主要原料，以水玻璃為結(jié)合劑，鈉基膨潤土為懸浮劑，研制了鋁碳質(zhì)長水口用無鋁抗氧化涂料。

鋯英石質(zhì)原料的文章有1篇：高振昕等研究了＜150μm的粒狀鋯英石在1 650℃保溫2 h熱處理?xiàng)l件下分解的顯微結(jié)構(gòu)。

固體廢棄物再利用的文章有1篇：劉新杰以朔州電廠粉煤灰為例，研究了溫度處理后粉煤灰的特性。

我國耐火原料的開發(fā)和應(yīng)用均取到了較大的成功，耐火原料及其制品為鋼鐵、建材、化工、有色等行業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。拼搏不息，奮斗不止。今后耐火原料的發(fā)展趨勢是：1）天然原料的均化、提純和改性，如礬土、焦寶石和鎂橄欖石等。2）通過優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，或采用全新的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出成本更低、性能改進(jìn)的原料。3）新型原料的開發(fā)和利用，特別是復(fù)合型原料，超細(xì)粉體原料、輕質(zhì)原料、結(jié)合劑和外加劑等。4）加強(qiáng)固體廢棄物的回收利用，降低環(huán)境污染和耐火材料的成本。因此，需要在原料多樣化、復(fù)合化、低耗能、新型化、綠色化等方面做進(jìn)一步的工作。

二、不定形耐火材料是主要研究方向

不定形耐火材料因在生產(chǎn)、勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)能、施工效率、適用性、使用安全性、材料消耗等方面有勝過定形耐火制品的優(yōu)勢，符合低碳經(jīng)濟(jì)要求和國家提出的“綠色耐材”理念。

2020年《耐火材料》發(fā)表不定形耐火材料方面的文章有18篇：唐艷東等分別綜述了在炮泥原料、炮泥結(jié)合劑、添加劑以及其他方面的最新研究進(jìn)展，對(duì)當(dāng)前改善炮泥的研究思路做了剖析與總結(jié)，展望了炮泥的研究發(fā)展方向。任海成等以電熔白剛玉、碳化硅、焦炭、樹脂粉、氮化硅鐵和廣西白泥為主要原料，制備了Al2O3-SiC-C質(zhì)炮泥，探究含硼添加物加入量對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能的影響。王杰曾等介紹了在金屬表面涂覆的金屬-陶瓷復(fù)合材料，敘述了該材料的常用原料、流行工藝、使用案例，研討了該材料的設(shè)計(jì)法則，指出在金屬表面涂覆金屬-陶瓷防護(hù)層，不僅簡單、可行、經(jīng)濟(jì)，還可有效提高金屬材料的耐磨、耐熱和抗氧化性，能夠大幅改善金屬材料的使用效果。徐國濤等分析了連鑄中間包涂料組成及性能對(duì)鋼水增氫的影響。于振飛等研究了Al2O3亞微米粉外加量對(duì)分層擠出打印Al2O3-SiO2質(zhì)耐火材料性能的影響。李金雨等研究了垃圾焚燒爐用均質(zhì)料-碳化硅質(zhì)抗飛灰附著澆注料。韋祎等以高爐出鐵溝用含炭黑Al2O3-SiC-C澆注料基質(zhì)為研究對(duì)象，研究了表面活性劑種類、加水量和炭黑加入量對(duì)澆注料基質(zhì)流變特性的影響。齊進(jìn)等研究了添加微量碳化硅粉對(duì)剛玉-莫來石澆注料性能的影響。劉朋狄等研究了鋼包用鋁鎂尖晶石質(zhì)澆注料的性能。李仕祺等研究了活性氧化鋁微粉種類對(duì)鋼包用ρ-Al2O3結(jié)合Al2O3-MgO澆注料性能的影響。張青霞等以板狀剛玉、燒結(jié)鎂砂、α-Al2O3微粉為主要原料，以鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑制備了鋁鎂質(zhì)噴補(bǔ)料，研究了SiO2微粉添加量對(duì)其性能的影響。饒康等引入預(yù)合成尖晶石研究了其對(duì)鋁鎂質(zhì)干式料性能的影響。閆光輝等研究了基質(zhì)對(duì)剛玉-尖晶石質(zhì)濕式噴射料流變性能的影響。陳登峰等研究了CA2合成原料對(duì)剛玉澆注料性能的影響。張佩雄等研究了鋁酸鈣水泥含量對(duì)剛玉質(zhì)澆注料經(jīng)800℃煅燒后強(qiáng)度變化與水化產(chǎn)物的物相組成和結(jié)構(gòu)形貌演化的影響，還研究了300℃處理后鋁酸鈣水泥（CAC）結(jié)合剛玉質(zhì)澆注料強(qiáng)度變化與水化產(chǎn)物的相組成和結(jié)構(gòu)形貌的關(guān)系。叢江波等分析了水泥窯燃燒器澆注料的損毀原因。杜佳軍明確了循環(huán)流化床鍋爐耐磨耐火材料檢修要點(diǎn)。

預(yù)計(jì)今后不定形耐火材料的發(fā)展為：1）繼續(xù)朝著低水泥、超低水泥和無水泥澆注料方向發(fā)展；2）結(jié)合劑的種類越來越多；3）將高溫工業(yè)窯爐上用后的廢棄耐火材料再生利用于澆注料；4）納米技術(shù)和3D打印技術(shù)推動(dòng)澆注料的新發(fā)展；5）施工方法向著簡便化、機(jī)械化和高效化的方向發(fā)展；6）從烘烤的角度看，更多的不定形耐火材料具有可以快速乃至免烘烤的特性。

三、多孔陶瓷研究項(xiàng)目增多

多孔陶瓷是以孔洞的存在為結(jié)構(gòu)特征的陶瓷材料，氣孔率通常為20%～97%。多孔陶瓷具有氣孔率高、比表面積大、相對(duì)密度小、熱導(dǎo)率較低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、生物醫(yī)藥、航空航天等領(lǐng)域，已在世界范圍內(nèi)引起了材料工作者的極大興趣。

《耐火材料》近年來也收錄了較多關(guān)于多孔陶瓷的研究文章，2020年刊登有11篇：何江鋒等綜述了近年來國內(nèi)外在SiC多孔陶瓷制備方法方面的研究進(jìn)展，總結(jié)了物理成孔法（包括顆粒堆積法、冷凍干燥法及3D打印法等）和化學(xué)成孔法（包括添加造孔劑法、有機(jī)泡沫浸漬法與生物模板法等）制備SiC多孔陶瓷的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其發(fā)展方向和重點(diǎn)進(jìn)行了展望。張會(huì)等介紹了目前國內(nèi)外對(duì)堇青石多孔陶瓷的研究現(xiàn)狀，闡述了堇青石多孔陶瓷在制備過程中所存在的問題，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。劉慶祝等為降低多孔陶瓷的制備溫度，以電熔白剛玉粉為主要原料，以磷酸二氫鋁為結(jié)合劑，以硅溶膠和硅溶膠-硼酸為耐水改性劑，以淀粉為造孔劑，分別在600、700、800、900℃保溫2 h燒成制成剛玉基多孔陶瓷。劉可樂等以固體廢棄物煤矸石為原料，采用聚氨酯發(fā)泡技術(shù)于1 150℃煅燒2 h制備了具有三維網(wǎng)狀孔壁結(jié)構(gòu)的煤矸石多孔陶瓷，并探索了其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能。羅志勇等為研制可長期用于800℃以上高溫?zé)煔鈨艋奶沾赡み^濾材料，原位反應(yīng)制備了顯氣孔率為37．2%、平均孔徑為46．5μm、常溫抗折強(qiáng)度為22．5 MPa的莫來石結(jié)合碳化硅支撐體。馬北越等以晶體硅切割廢料和活性炭為原料，快速合成SiC粉體，然后以合成SiC粉為原料，以淀粉和石墨為造孔劑，埋碳制備了SiC多孔陶瓷試樣；馬北越等還以粉煤灰和高鋁礬土為主要原料，工業(yè)碳化硅為發(fā)泡劑，五氧化二釩為助熔劑，在1 450～1 550℃煅燒2 h成功合成了莫來石閉孔陶瓷。徐娜等以氧化鋁微粉為原料，聚丙烯酰胺為分散劑，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉為發(fā)泡劑，氯化銨為固化劑，硅溶膠作為硅源和結(jié)合劑，采用發(fā)泡-流延成型工藝制備多孔莫來石發(fā)泡陶瓷。鄭翰等以非晶態(tài)氮化硅為原料，添加不同量Li2CO3，采用真空多級(jí)燒結(jié)法制備多孔Si2N2O陶瓷。吳曉鵬等以花崗巖廢料和黏土為主要原料，以SiC微粉為發(fā)泡劑，經(jīng)球磨混合、造粒、裝模（坩堝）煅燒制成泡沫陶瓷。丁俊杰等采用有機(jī)前驅(qū)體浸漬法制備SiC基泡沫陶瓷過濾器，研究了二次掛漿工藝對(duì)其性能的影響。

多孔陶瓷仍面臨著如下的挑戰(zhàn)：1）制備工藝較復(fù)雜，不僅耗時(shí)而且難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；2）制備過程不環(huán)保，原料中有機(jī)物的高溫分解會(huì)帶來一定程度的環(huán)境污染；3）制備成本較高，原料種類較多，且價(jià)格比較昂貴，并且制品的制備都必須經(jīng)過高溫過程；4）制品的孔結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)難以有效控制，制備過程存在較多不可控因素；5）制品的孔隙率及強(qiáng)度尚需進(jìn)一步提高，并擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。因此，SiC多孔陶瓷也需要向簡單化、綠色化、低溫、低成本、高性能的方向發(fā)展。