納米三氧化二鋁（VK-L30）在耐火材料里的應用

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1,  納米復合剛玉磚及鎂鉻磚

    采用一定的混合工藝，將少量的納米粉添加到配料組成系統中。如在剛玉磚的配料中加入少量納米氧化鋁（VK-L30，30納米，99.99%）和納米二氧化硅（VK-SP30）,在鎂鉻磚的配料中加入納米三氧化二鐵，均可以明顯地提高試樣的力學性能指標。

   納米二氧化硅（VK-SP30）復合剛玉磚抗折強度和耐壓強度的實驗測試結果表明。納米二氧化硅的加入，可大幅度地提高試樣的力學性能，特別是加入適量的1%-2%時，經1450,1550℃燒成的試樣，其強度與沒加納米材料的相比增加了1.5~2.0倍，如以無納米粉的試樣和加入2%納米二氧化硅（VK-SP30）時的試樣相比，耐壓強度則分別從15.8, 60.5MPa上升到170.4,179.6MPa。

    經1700℃×3h處理后的試樣斷口SEM照片，可看出，MgO-Cr2O3質耐火材料中加入納米氧化鐵后顯微結構發生了很大變化。

2，納米復合材料Al2O3-SiC-C澆注料

    Al2O3-SiC-C澆注料因其優良的性能在鐵鉤中得到穩定、廣泛的應用。為了進一步提高Al2O3-SiC-C澆注料的高耐溫性能，特別是高溫力學強度，用硅鋁凝膠粉替代純鋁酸鈣水泥最為結合劑，它的引入可明顯地降低Sialon的生成溫度，并能促進β-Sialon相的生成。因此，納米Al2O3-SiO2凝膠粉復合的Al2O3-SiC-C耐火澆注料具有高的高溫抗折強度（1400℃×0.5h）。

   添加凝膠粉后，納米復合Al2O3-SiC-C澆注料中Sialon的生成溫度降低，中溫1100℃已發現β-Sialon，而采用水泥結合的Al2O3-SiC-C澆注料，在1100℃時只出現Si2N2O過渡相。

    這類納米復合Al2O3-SiC-C耐火澆注料已完成在國內某鋼廠2號高爐內（1536m3）主溝（包括砂口）上的工業試驗。在不修補的情況下一次性通鐵量達到15.79t，超過同類非納米復合Al2O3-SiC-C澆注料12t的水平，目前正在國內其他鐵廠高爐溝上推廣應用。

3， ZrO2/ZrO2復合及Cr2O3/MgO-Cr2O3復合耐火材料

    ZrO2質定徑口擴徑快速率決定著小方坯連鑄的壽命。分析表明，擴徑的主要原因是制品強度低，氣孔大，因此采用納米技術降低ZrO2質定徑水口的氣孔，有望能提高其使用性能。

    納米二氧化鋯（VK-R30Y3，30納米，99.9%）復合后的ZrO2定徑水口坯體，經1500℃×6h燒成后與納米復合前的ZrO2定徑水口經1800℃×6h燒成后的體積密度和顯氣孔率相同，且納米復合后試樣經800℃×6h燒成后，其中的顯氣孔率從19%降到11%。其孔徑和孔容均變小，多數集中在10nm.可見，納米氧化鋯（VK-R30Y3）主要充填于氣孔中起著充填作用并促成燒結。

    MgO-Cr2O3質耐火材料的燒結機理為蒸發-凝結過程，由于Cr2O3在高溫燒結條件下存在著易蒸發性及高的蒸發速率，因此一般的鎂鉻質耐火材料均存在顯氣孔率高、孔徑大、體積密度低等缺點，從而影響著其抗熔渣的侵蝕性能。

納米技術對降低鎂鉻質耐火材料的顯氣孔率、提高其體積密度有利（見圖9），從而有望能提高處理后的鎂鉻磚的抗渣性能。從顯微結構上看，不管經多少溫度處理，用MgO-Cr2O3溶膠處理后的孔周圍均形成了一層致密的MgO-Cr2O3質沉積層。 

4，包覆納米氧化物薄膜石墨

    碳具有不易被鋼水和熔渣所濕潤以及高的導熱性能等特征，加入到以氧化物為主的澆注料中能使其性能得到大大的改善，因此，目前含碳澆注料的研究和開發已成為耐火材料行業中的一個熱點。由于水對石墨表面的不濕潤性，使石墨在澆注料中難于分解，影響澆注料的流動性，這已成為妨礙含碳澆注料進一步發展及應用的首要問題。

    為對石墨表面進行改性處理，通過各種無機鹽的水解，在天然鱗片石墨表面包覆納米氧化物薄膜。

    各種氧化物納米薄膜包覆的石墨經500℃處理后，其表面包覆的氧化物均以無定形的方式存在，包覆于石墨表面的氧化物與石墨形成了C-O-M(M代表金屬)鍵，具有化學吸附的特征。石墨經納米氧化物包覆后顆粒形狀發生了變化，其平均粒度增加，表面分數維數增加。圖11（a）為未包覆的石墨，圖11（b）為三氧化二鋁包覆石墨，圖11（c）為三氧化二鉻包覆石墨，圖11（d）為二氧化鈦包覆石墨，圖11（e）為二氧化鋯包覆石墨。

     納米氧化物包覆石墨與水的濕潤角相對于未處理石墨都大大地降低，包覆三氧化二鋁的石墨表現出更為良好的親水型，分散穩定性能高。

     另外，包覆納米三氧化二鋁（VK-L30）的石墨的氧化反應表觀活性能提高，抗氧化能力增強。石墨表面包覆二氧化鈦對抗氧化性無大的改善，包覆納米二氧化鋯和三氧化二鉻的石墨的抗氧化能力降低，這是二氧化鋯和三氧化二鉻對碳-氧反應的催化作用造成的。

采用納米技術能制備性能更優的耐火材料。納米粉體確實對耐火材料的性能有明顯的提升作用。