《耐火材料》2020年刊登文章技術分析

2020年《耐火材料》發表文獻量為124篇，編輯部嘗試對這些論文進行盤點，選擇部分有特殊意義的重點文章，綜述成文，權作索引，希望發現當今耐火材料技術發展的脈絡和特點。

一、耐火原料的發展

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、質地優良；高鋁礬土、菱鎂礦和石墨得天獨厚，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、藍晶石）前景看好；鉻鐵礦、鋯英石的潛力在開發中；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氧化鋁粉粒度對活性氧化鋁微粉顯微結構及性能的影響。司超偉等以無水乙醇為研磨介質，將工業氧化鋁粉、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，研究了研磨時間（分別為0、3、6、9和12 h）對熔鹽法合成鐵鋁尖晶石的影響。張曉序等將工業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℃下分別養護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種粒級的滾動成型氧化鋁球為研究對象，研究燒結溫度和拋光時間對氧化鋁球平均粒徑、圓度、球形度、休止角和顆粒耐壓強度的影響。孟慶新等以菱鎂礦細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輕質微孔合成原料。

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

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外研究現狀，并對目前大規模采用的硅粉直接氮化法和碳熱還原SiO2法存在的問題進行了分析。孫佳佳等綜述了SiC及其復合材料高溫氧化行為及各因素對其氧化的影響，還對SiC及其復合材料的氧化研究進行了展望。劉坤等制備了SiC-B4C復合陶瓷粉，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1 800℃碳熱還原原位合成。李忠軻等按B2O3和炭黑質量比為55∶45進行配料，于氬氣氣氛下采用微波燒結法制備了碳化硼-石墨化炭黑復合粉體。王曉峰等將石油焦與SiO2微粉以質量比1∶2進行混合，在中頻感應爐中以1 650℃冶煉45 min得到了晶粒生長較好、含量高達93．50%（w）的碳化硅粉體。王杏等以ZrO2和Mg粉為主要原料，在熔鹽介質中氮化合成ZrN粉體，并研究了合成的ZrN對硅粉氮化的影響。

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細粉和硅微粉為主要原料，硅酸鹽水泥為結合劑，輕質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、剪切強度較大的無機高溫黏結劑。康馳等以硅砂、硼砂、Na2O為主要原料，以水玻璃為結合劑，鈉基膨潤土為懸浮劑，研制了鋁碳質長水口用無鋁抗氧化涂料。

鋯英石質原料的文章有1篇：高振昕等研究了＜150μm的粒狀鋯英石在1 650℃保溫2 h熱處理條件下分解的顯微結構。

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和應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、有色等行業的發展做出了巨大的貢獻。拼搏不息，奮斗不止。今后耐火原料的發展趨勢是：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）通過優化和改進現有生產工藝，或采用全新的生產工藝，生產出成本更低、性能改進的原料。3）新型原料的開發和利用，特別是復合型原料，超細粉體原料、輕質原料、結合劑和外加劑等。4）加強固體廢棄物的回收利用，降低環境污染和耐火材料的成本。因此，需要在原料多樣化、復合化、低耗能、新型化、綠色化等方面做進一步的工作。

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、勞動生產率、節能、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勢，符合低碳經濟要求和國家提出的“綠色耐材”理念。

2020年《耐火材料》發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、炮泥結合劑、添加劑以及其他方面的最新研究進展，對當前改善炮泥的研究思路做了剖析與總結，展望了炮泥的研究發展方向。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質炮泥，探究含硼添加物加入量對其結構與性能的影響。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，研討了該材料的設計法則，指出在金屬表面涂覆金屬-陶瓷防護層，不僅簡單、可行、經濟，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鋼水增氫的影響。于振飛等研究了Al2O3亞微米粉外加量對分層擠出打印Al2O3-SiO2質耐火材料性能的影響。李金雨等研究了垃圾焚燒爐用均質料-碳化硅質抗飛灰附著澆注料。韋祎等以高爐出鐵溝用含炭黑Al2O3-SiC-C澆注料基質為研究對象，研究了表面活性劑種類、加水量和炭黑加入量對澆注料基質流變特性的影響。齊進等研究了添加微量碳化硅粉對剛玉-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澆注料的性能。李仕祺等研究了活性氧化鋁微粉種類對鋼包用ρ-Al2O3結合Al2O3-MgO澆注料性能的影響。張青霞等以板狀剛玉、燒結鎂砂、α-Al2O3微粉為主要原料，以鋁酸鈣水泥為結合劑制備了鋁鎂質噴補料，研究了SiO2微粉添加量對其性能的影響。饒康等引入預合成尖晶石研究了其對鋁鎂質干式料性能的影響。閆光輝等研究了基質對剛玉-尖晶石質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剛玉質澆注料經800℃煅燒后強度變化與水化產物的物相組成和結構形貌演化的影響，還研究了300℃處理后鋁酸鈣水泥（CAC）結合剛玉質澆注料強度變化與水化產物的相組成和結構形貌的關系。叢江波等分析了水泥窯燃燒器澆注料的損毀原因。杜佳軍明確了循環流化床鍋爐耐磨耐火材料檢修要點。

預計今后不定形耐火材料的發展為：1）繼續朝著低水泥、超低水泥和無水泥澆注料方向發展；2）結合劑的種類越來越多；3）將高溫工業窯爐上用后的廢棄耐火材料再生利用于澆注料；4）納米技術和3D打印技術推動澆注料的新發展；5）施工方法向著簡便化、機械化和高效化的方向發展；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、多孔陶瓷研究項目增多

多孔陶瓷是以孔洞的存在為結構特征的陶瓷材料，氣孔率通常為20%～97%。多孔陶瓷具有氣孔率高、比表面積大、相對密度小、熱導率較低等優點，廣泛應用于冶金、化工、環保、生物醫藥、航空航天等領域，已在世界范圍內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外在SiC多孔陶瓷制備方法方面的研究進展，總結了物理成孔法（包括顆粒堆積法、冷凍干燥法及3D打印法等）和化學成孔法（包括添加造孔劑法、有機泡沫浸漬法與生物模板法等）制備SiC多孔陶瓷的優缺點，并對其發展方向和重點進行了展望。張會等介紹了目前國內外對堇青石多孔陶瓷的研究現狀，闡述了堇青石多孔陶瓷在制備過程中所存在的問題，并對其應用前景進行了展望。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，采用聚氨酯發泡技術于1 150℃煅燒2 h制備了具有三維網狀孔壁結構的煤矸石多孔陶瓷，并探索了其對亞甲基藍的吸附性能。羅志勇等為研制可長期用于800℃以上高溫煙氣凈化的陶瓷膜過濾材料，原位反應制備了顯氣孔率為37．2%、平均孔徑為46．5μm、常溫抗折強度為22．5 MPa的莫來石結合碳化硅支撐體。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，工業碳化硅為發泡劑，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泡劑，氯化銨為固化劑，硅溶膠作為硅源和結合劑，采用發泡-流延成型工藝制備多孔莫來石發泡陶瓷。鄭翰等以非晶態氮化硅為原料，添加不同量Li2CO3，采用真空多級燒結法制備多孔Si2N2O陶瓷。吳曉鵬等以花崗巖廢料和黏土為主要原料，以SiC微粉為發泡劑，經球磨混合、造粒、裝模（坩堝）煅燒制成泡沫陶瓷。丁俊杰等采用有機前驅體浸漬法制備SiC基泡沫陶瓷過濾器，研究了二次掛漿工藝對其性能的影響。

多孔陶瓷仍面臨著如下的挑戰：1）制備工藝較復雜，不僅耗時而且難以實現大規模生產；2）制備過程不環保，原料中有機物的高溫分解會帶來一定程度的環境污染；3）制備成本較高，原料種類較多，且價格比較昂貴，并且制品的制備都必須經過高溫過程；4）制品的孔結構和微觀結構難以有效控制，制備過程存在較多不可控因素；5）制品的孔隙率及強度尚需進一步提高，并擴大其應用領域。因此，SiC多孔陶瓷也需要向簡單化、綠色化、低溫、低成本、高性能的方向發展。