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高性能耐火材料及高温陶瓷晶须的制备

传统耐火材料以天然非金属原料和部分合成原料颗粒加工而成。加入少量陶瓷晶须可以显著提高产品的性能。相比外加晶须,原位生长的纳米晶须能更好地与基质兼容,均匀分布,从而获得更高的性能.希望与在冶金、电力、陶瓷、化工和建材等高温行业领域发展的企业合作。

#新材料
中试

技术详情

该技术团队在上海市科委项目资助下,在材料化学设计的基础上通过合理配比原料,利用在高温烧结过程中或高温使用过程中,原位生长纳米晶须的技术提高传统耐火材料的性能,使得铁沟料的强度提高了一倍,大幅提高了产品的使用寿命。并深入研究纳米晶须生长机理,微观结构与性能的关系。

本技术创新点如下:

1.免烧耐火材料在高温使用过程中,通过催化促进纳米晶须的定向生长,大幅提高产品使用性能,并可显著降低产品能耗。

2.通过建立热力学模型,预报未知的热力学参数,并用于相图计算,对多元多相体系进行成分设计。

研究内容包括以下几方面(晶须的形成如图所示):

 1.通过相图计算对多元多相体系进行成分设计;

 2.预报未知的标准生成Gibbs自由能、活度等热力学数据;

 3.通过计算反应体系的热力学优势区图,指导材料的制备条件;

 4.选择催化剂,促进碳化硅、二硼化锆等晶须的定向生长;

 5.研究晶须的催化生长机理和动力学过程;

 6.研究微观结构与耐火材料的性能的关系。

纳米二硼化锆 、纳米ZrB2粉体及柱状晶如下图所示。

SPS快速烧结技术适合于难以烧结的碳化物及硼化物陶瓷,降低烧结温度300K,致密度可达到接近100%。技术、产品及设备效果如下图所示

应用影响

耐火材料是冶金、电力、陶瓷、化工和建材等高温行业的关键基础材料。其中电子、航空、航天用的镁、铝、钛等有色以及钢铁冶金用量占其总量的70%以上。中国上述高温行业的耐火材料的产量和消耗量居世界最大。开发新型高性能耐火材料对提升我国高温行业整体装备水平具有重要的意义,并有利于节约矿产资源和降低经济成本。上述研究工作曾获得国家自然科学基金等多项科技项目的资助,相关科研成果获得省部级科技进步奖4项。

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