納米三氧化二鋁(VK-L30)在耐火材料里的應(yīng)用

　　1, 納米復(fù)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(tǒng)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(xué)性能指標(biāo)。

　　納米二氧化硅(VK-SP30)復(fù)合剛玉磚抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的實驗測試結(jié)果表明。納米二氧化硅的加入，可大幅度地提高試樣的力學(xué)性能，特別是加入適量的1%-2%時，經(jīng)1450,1550℃燒成的試樣，其強(qiáng)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(qiáng)度則分別從15.8, 60.5MPa上升到170.4,179.6MPa。

　　經(jīng)1700℃×3h處理后的試樣斷口SEM照片，可看出，MgO-Cr2O3質(zhì)耐火材料中加入納米氧化鐵后顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。

　　2，納米復(fù)合材料Al2O3-SiC-C澆注料

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

　　添加凝膠粉后，納米復(fù)合Al2O3-SiC-C澆注料中Sialon的生成溫度降低，中溫1100℃已發(fā)現(xiàn)β-Sialon，而采用水泥結(jié)合的Al2O3-SiC-C澆注料，在1100℃時只出現(xiàn)Si2N2O過渡相。

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

　　3， ZrO2/ZrO2復(fù)合及Cr2O3/MgO-Cr2O3復(fù)合耐火材料

　　ZrO2質(zhì)定徑口擴(kuò)徑快速率決定著小方坯連鑄的壽命。分析表明，擴(kuò)徑的主要原因是制品強(qiáng)度低，氣孔大，因此采用納米技術(shù)降低ZrO2質(zhì)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(fù)合后的ZrO2定徑水口坯體，經(jīng)1500℃×6h燒成后與納米復(fù)合前的ZrO2定徑水口經(jīng)1800℃×6h燒成后的體積密度和顯氣孔率相同，且納米復(fù)合后試樣經(jīng)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(shù)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(jié)。

　　MgO-Cr2O3質(zhì)耐火材料的燒結(jié)機(jī)理為蒸發(fā)-凝結(jié)過程，由于Cr2O3在高溫?zé)Y(jié)條件下存在著易蒸發(fā)性及高的蒸發(fā)速率，因此一般的鎂鉻質(zhì)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(shù)對降低鎂鉻質(zhì)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(jié)構(gòu)上看，不管經(jīng)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(zhì)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(dǎo)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(fā)已成為耐火材料行業(yè)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(jìn)一步發(fā)展及應(yīng)用的首要問題。

　　為對石墨表面進(jìn)行改性處理，通過各種無機(jī)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(jīng)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(xué)吸附的特征。石墨經(jīng)納米氧化物包覆后顆粒形狀發(fā)生了變化，其平均粒度增加，表面分?jǐn)?shù)維數(shù)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(xiàn)出更為良好的親水型，分散穩(wěn)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(yīng)表觀活性能提高，抗氧化能力增強(qiáng)。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(yīng)的催化作用造成的。

　　采用納米技術(shù)能制備性能更優(yōu)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。