MgO-C耐火材料的显微组织与加入TiO2和Al的关系,

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TiO2、MgO添加剂对Al2O3陶瓷材料烧结致密化影响的研究

TiO2、MgO添加剂对Al2O3陶瓷材料烧结致密化影响的研究
2 . 0
1 4 0 0 1 4 5 0 I 5 0 0
3 . 9 2 3 . 9 0 3 盘2
9 9( ) 9 8 5 9 6 . 5
在 进 行 二 氧 化 钛 和 氧 化 镁 双 添 加 时 ,选 择 1 4 5 0  ̄ C 为 烧 温 度 , 二 氧 化 钛 的 添加 量 固定 为 0 . 4 w t %。 表 2给 出添 加 氧 化 钛 和 直径为 3 5 a r m厚 2 m m 的薄 圆 片 。烧 结 时在 二 硅 化 钼加 热体 的高 箱式炉 中进行。在 3 0 0  ̄ C以下, 升温速度控制在 l  ̄ C / mi n左右 , 在 氧化镁时氧化铝样品的体积密度 。从表 2可以看 出, 存含 二氧化 3 0 0 ~ 1 0 0 0 ℃ 以下 ,升 温 速 度 控 制 在 5 ℃/ m i n左 右 , 当 温 度 超 过 钛 的氧 化 铝 中加 入氧 化镁 , 随 氧 化 镁 添 加 量 的增 加 , 材 料 的 窬 度
工艺 与 设 备
建 ‘ 发 展 导向 2 0 1 3年 9川
T i O2 、 Mg O添加剂对 A l 2 o 3 陶瓷材料烧结 致密化影响的研究
张 洁 茹
( 1 . 陕 西华 星 电f 集 团有 限公 司 计 量检 测 中心 陕西 成阳
谢 娜
7 1 2 0 0 0 2 . 陕西 能 源职 、 技术学院 陕西 成 阳 7 1 2 0 0 0 )
表 1 不同氧化钛添加 量和烧结温度对氧化铝块材 密度 的影响
T i O , ( wt %) s i n t e r i n g t e mp e r a t u r e ( ℃)
1 4 0 0
O 1 4 50 l 5 00 1 4 00 0. 4 1 4 50

TiO2对镁钙材料抗水化性能的影响

TiO2对镁钙材料抗水化性能的影响
2 1 年 第2 00 期
No. 2 201 0
新 世 纪 水 泥 导 报
Ce e t i e f rNe Epo h m n d o w Gu c 耐 火 材 料
中 图分 类 号 :T 4 U5
文 献 标 识 码 :B
文章 编 号 :10 —4 32 1)20 4 —3 0 80 7(0 00 -0 90
随 着新 型干 法水 泥生 产技 术 的发 展 ,预分 解 窑 的产量 由最初 的7 0t  ̄ 现在 的 1 0 d 0 d U / 00 0t ,产 量 翻 / 了十几倍 ,但 是 随之带来 的是窑 径增 大使 窑 内衬料
单位 热负 荷增 加 ;窑速 加快 ,使 窑 内衬料 热震 应力 增 大 ;煅 烧温 度增 高 ,窑 内衬料 易受 过热 损坏 和熔
融 ,因此 这就 需要 耐火砖 具 备更 佳 的性能 。镁 铬砖
材料抗水化性能的影响。由于二氧化钛是 以粉体形
式添加 ,如果 添加 量过 多 ,在烧 成过 程 中金属 氧化 物会 与氧 化镁 、氧 化钙 等发 生反 应生 成大 量低 共融 化合 物 ,使 耐 火 度 和抗 渣 侵 蚀 性 降 低 ;反 之 ,少 量 添 加 又难 以达 到 整体 的致密 均 匀 I;另外 由于烧 4 1
密 ,从 而提 高 了镁钙 砂试样 的抗 水化 性能 。另外 对材 料 的烧结 温度 有一 定 的要求 ,温度 过低 ,C T O 晶 a i
体量 少 ,不 足 以对 主 晶相形 成 包 围 ;温度 过 高 ,就 会 使形 成 的低 熔 物 C TO熔 融 ,在 降 温 的过程 中产 a i,
结 温度 的不 同 ,材 料 问的反应 程度 亦不相 同。
图1 、图2 给出 了C O 0 及M O T 2 系相 图。 a ’ g -i  ̄ O

MgO_CaO系耐火材料的研究与应用

MgO_CaO系耐火材料的研究与应用
3 MgO2CaO 系耐火材料生产方法
根据所用原料和工艺的不同 , MgO2CaO 系 耐火材料主要有以下两种生产方法 :
(1) 采用白云石或镁白云石 、石灰石加菱镁矿 等天然原料 ,用一步或二步煅烧工艺 ,把其预合成 MgO2CaO 烧结块熟料 。在基质中使用抗水化性 相对较好的镁砂细粉 ,耐火骨料为白云石熟料和 合成镁白云石 。
在精炼钢包上的应用表明[20] ,镁钙碳钢包衬 砖使用寿命比高铝砖 、镁碳砖 、铬镁砖和铝镁碳砖 都高 。它具有好的高温性能 ,高温氧化性好 ,抗渣 蚀性和抗热震性好 。这是由于碱性含碳制品使用 时 ,在 氧 化 脱 碳 层 中 , MgO2CaO 结 合 比 MgO2 MgO 结合与渣形成的两面角大 ,有利于抗渣渗 透 、提高抗蚀性 。MgO2CaO 结合材料比 MgO 材 料抗热震性好 。在使用时 ,制品内游离 CaO 的存 在 ,可与渣中的 SiO2 反应 , 生 成 高 熔 点 相 C3 S (2 070 ℃熔化) 和 C2 S (2 130 ℃熔化) ,延缓了熔 渣对耐火材料的蚀损 。 4. 4 中间包
2007 年第 2 期
魏耀武 ,等 :MgO2CaO 系耐火材料的研究与应用
143
材料中的 CaO 扩散到所渗进的渣中 ,提高了渣的 黏度与熔点 ,阻碍了渣对耐火材料的侵蚀 。然而 , 渣渗透层后面许多裂纹的出现说明了结构剥落是 损毁 的 主 要 因 素 之 一 。该 研 究 者 认 为 , 虽 然 Al2 O3 添加剂使侵蚀速率稍有增大 ,但它却改进 了材料抗渣的渗透性 ,并提高了抗热震稳定性。 这是因为 ,在增加渣黏度的方面 , Al2 O3 比 MgO 更为有效 ,渣的黏度的提高有助于耐火材料抗侵 蚀性能的提高 ;同时加入 Al2 O3 后导致尖晶石的 形成 ,增强了基质的烧结性能并且使基质中的气 孔尺寸降低 ,从而可抑制渣的渗透 。

MgO-C质材料中纳米碳结构的原位形成

MgO-C质材料中纳米碳结构的原位形成
的热力 学性 能 和热 化学 性 能均 不 如碳含 量 高 的耐火 材 料 。近几 年 的研 究 表 明 , 添加纳 米碳 , 如 纳 米 炭 黑、 碳 纳米 纤 维 、 碳 纳米 管 及纳 米鳞 片石 墨 均可 以制
备 出性 能 良好 的低 碳 材 料 。纳 米 碳 , 如 炭 黑 会 和 抗
研 究认 为 , 有机 基 团转变 过程 中释 放 的气 相 产物 , 如 C H 、 C O、 C : H 被 吸附到 纳米 催 化剂 ( 通 常是 过 渡金
热 震性 变差 。到 目前 为 止 , 为 了制 备 令 人 满 意 的低
碳 Mg O— C砖 , 实 践 证 明 采 用 传 统 碳 源 的 低 碳 材 料
然 会减 轻 以上 存在 的 问题 , 但 是 也 会 导 致 材 料 的抗
法 的 效 果 更 好 。最 近 , 进 行 了在 含 碳 耐 火 材 料 , 如
A 1 O , 一C和 Mg O— C中 原 位 生 成 碳 纳 米 纤 维/ 碳 纳管 作
属) 表 面并 分解 。气 相产 物分 解 后 产 生 的 c粒 子被
吸附 到催 化 剂 粒 子 表 面 并 扩 散 到其 内部 。众 所 周 知, 通 过溶 解一 析 出机理 形成 了纳 米碳 。含 镍催 化 酚 醛 树脂 的 A I O , 一 C材料 在力 学 性 能 , 如 常温 抗 折 强 度 上 有很 大改 善 , 是 由于 形成 了碳 纳米纤 维/ 碳纳 米 管 以及 更 多 的陶 瓷纤 维 , 如 S i C。此外 , 通 过 添 加 纳
氧 气顶 吹转 炉 、 电弧 炉 和 钢 包 等 。 由 于鳞 片石 墨 含 量高( 1 2 %~1 8 %) , M g O— C质材 料 具 有 较 高 的热 导 率、 低 的热 膨 胀系 数及 不 易被钢 水 润湿 性 , 因而抗 热 震 性 和抗 侵蚀 性 都 很 好 。但 是 , 碳 含 量 高会 引起 抗 氧 化性 变差 、 过多 的热 量损 失 、 钢水 温度 下 降及 向钢 水 中增 碳 。直 接 降低 Mg O— C质 材 料 中的碳 含 量 虽

TiO2在低水泥Al2O3-MgO尖晶石浇注料致密化中的作用

TiO2在低水泥Al2O3-MgO尖晶石浇注料致密化中的作用

C e a等 人 研 究 了钢包 用 A 2 3Mg hn l 一 o和 A 2 3 o l 一 o
尖 晶 石 浇 注 料 的 热 学 性 能 ,发 现 对 于 浇 注 料 而 言
高 温 强 度 与 抗 渣 性 无 关 。对 于 A 2,Mg 浇 注 料 l 一 o o
的抗 渣 性 而 言 .无 论 是 否 添 加 硅 微粉 ,气 孔 的 比
轻 。A2,尖 晶石 和 A ,Mg 浇 注料 中尖 晶石 成 1 一 0 l 一 o O
分的抗 渣作 用取决 于它本 身在渗 透渣 中的溶解 , 因 而减 轻 了渗透 。
率 小 、化 学稳 定 等 诸 多 优 点 .作 为 高 温 耐 火材 料 .
近 年来 广 泛 用 在 各种 冶 金 和 有 色金 属 冶 炼 过程 中 。 许 多 科 研 人 员 研 究 过 铝镁 尖 晶 石 系 统 以 改 善 相 应
用。
关 键 词 :尖晶石 ;浇注料 ;T 2 低 水泥 ;致 密化 i ; O
中 图分类 号 :T 151 Q 7. 2
文献 标 识码 :B
文 章编 号 :17 —7 2(08 3 02—4 63 79 20 )0 —07 0

1 介 绍
铝 镁 尖 晶石 具 有 抗 热 机 械 应 力 性 好 、 热 膨 胀
表 面 积 远 L : 径 和 气 孔 率 重 要 。Mu h p d y y等 IL : f koaha
人 开发 出 了易 用 莫 来 石 和 尖 晶石 溶 胶 ,该 溶 胶 用
作 高 铝 基 超 水 泥 浇 注 料 的 结 合 剂 。 结果 表 明 ,莫
来 石 溶 胶 改善 了 浇 注 料 的 质 量 ,而 尖 晶 石 溶 胶 则

TiO_(2)的添加对铝铬固溶体烧结动力学的影响

TiO_(2)的添加对铝铬固溶体烧结动力学的影响
LI Renjun, ZHANG Ling, ZHANG Xiaoxu, WANG Zhigang, HU Yujiang
( School of Materials and Metallurgy, Liaoning Science and Technology University, Anshan 114051, China)
Abstract: Aluminum chromium solid solution is widely used in refractory materials, but it’ s hard to achieve sintering and densification. Adding a certain amount of sintering additives can effectively improve its density, but the rule of grain growth in the densification process is still unclear. In this experiment, nano η-Al2 O3 and industrial chromium green were used as raw materials, with TiO2 as sintering aid and PVA as the binder, after being formed by cold isostatic pressing, the sintered aluminum chromium solid solution with the mole ratio of 1 ∶ 1 was prepared by solid phase sintering at 1 400 ℃ to 1 700 ℃ under normal pressure. The density, phase composition, microstructure, and average grain size of the sintered samples were analyzed by Archimedes method, XRD, SEM, and Nano measurer. On this basis, the effect of TiO2 on sintering kinetics of aluminum chromium solid solution was further calculated and studied. The results show that during the sintering process, the grain growth index and activation energy of Al2 O3 -Cr2 O3 and Al2 O3 -Cr2 O3 -2% TiO2 sintered systems decrease with the increase of temperature. The grain growth of Al2 O3 -Cr2 O3 system is mainly controlled by atoms crossing grain boundaries randomly and volume diffusion, the grain growth of the Al2 O3 -Cr2 O3 -2% TiO2 system is mainly controlled by volume diffusion. Compared with the two systems, it is found that the addition of TiO2 can decrease the grain growth index and activation energy of grain growth, and promote the grain growth and its development. Key words: nano-η-Al2 O3 ; aluminum chromium solid solution; solid phase sintering; sintering additive; grain growth; sintering kinetics

热处理温度对Al复合低碳MgO-C材料组成和结构的影响

热处理温度对Al复合低碳MgO-C材料组成和结构的影响

热处理温度对Al复合低碳MgO-C材料组成和结构的影响任桢;马成良;钟香崇【期刊名称】《耐火材料》【年(卷),期】2015(49)2【摘要】为了更清楚地观察镁碳材料中Al在200~1 400℃埋炭热处理过程中的变化,以62%(w)的电熔镁砂颗粒(≤5 mm)、32%(w)的电熔镁砂粉(≤0.088 mm)、2%(w)的鳞片石墨和4%(w)的Al粉制备了Al复合低碳MgO-C材料,并采用XRD 和SEM研究了试样分别于200、400、600、800、900、1 000、1 100、1 200、1 300、1 400℃保温3h热处理后的物相组成和显微结构.结果表明:1)200~800℃,材料的物相组成无变化,结合方式为碳结合.2)800 ~1 200℃,粒状Al4C3在900℃开始生成,1 200℃时与N2反应转化为粒状AlN.AlN在1 000℃开始生成,到1 200℃发育长大为针状晶体,材料的结合方式开始转变为非氧化物结合.3)1 200~1 400℃,AlN晶体发育长大,形成交叉连锁的网络,填充在方镁石骨架结构中,致使非氧化物结合更牢固.【总页数】5页(P81-85)【作者】任桢;马成良;钟香崇【作者单位】郑州大学高温材料研究所河南郑州450052;郑州大学高温材料研究所河南郑州450052;郑州大学高温材料研究所河南郑州450052【正文语种】中文【中图分类】TQ175【相关文献】1.金属复合添加剂对低碳MgO-C砖抗氧化性能的影响 [J], 彭肖仟;张巧莲;王志强2.SiC含量对ZrB2-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料性能的影响 [J], 王军凯;程峰;韩磊;李赛赛;葛胜涛;宋健波;张海军3.氧化镁含量对MgAl2O4/W复合材料组成和结构的影响 [J], 韩兵强;李楠4.埋炭热处理温度对低碳MgO-C材料相组成、显微结构与力学性能的影响 [J], 伊竟广;朱伯铨;李享成5.热处理温度对Al2 O3 -SiC-Al复合材料性能和结构的影响 [J], 阮国智;李楠;张智慧因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

2碳复合耐火材料-镁碳质耐火材料

2碳复合耐火材料-镁碳质耐火材料
碳复合耐火材料
碳复合耐火材料按显微结构分的类型→ 碳复合耐火材料按显微结构分的类型→碳-氧化物 的一般反应→ 氧化镁的开始反应温度→ 的一般反应→碳-氧化镁的开始反应温度→碳-耐火氧 化物反应(自耗反应) 化物反应(自耗反应)对碳复合耐火材料性能的影响 →致密氧化镁保护层的形成及对镁碳质复合耐火材料 性能的影响→添加剂的热力学行为→ 性能的影响→添加剂的热力学行为→防氧化剂的作用 机理→选择防氧化剂的原则。 机理→选择防氧化剂的原则。
原料对MgO-C砖性能的影响 砖性能的影响 原料对
生产MgO-C质耐火材料的原料有:镁砂、石墨、结合剂和 质耐火材料的原料有:镁砂、石墨、 生产 质耐火材料的原料有 添加剂。原料的质量直接影响MgO-C砖的性能和使用效果。 砖的性能和使用效果。 添加剂。原料的质量直接影响 砖的性能和使用效果 (1)镁砂 ) 镁砂是生产MgO-C质耐火材料的主要原料 , 镁砂质量的 质耐火材料的主要原料, 镁砂是生产 质耐火材料的主要原料 优劣对MgO-C质耐火材料的性能有着极为重要的影响 , 如何 质耐火材料的性能有着极为重要的影响, 优劣对 质耐火材料的性能有着极为重要的影响 合理地选择镁砂是生产MgO-C质耐火材料的关键。 质耐火材料的关键。 合理地选择镁砂是生产 质耐火材料的关键 镁砂有电熔镁砂和烧结镁砂,它们具有不同的特点。 镁砂有电熔镁砂和烧结镁砂,它们具有不同的特点。
回转抗渣炉
MgO-FeO二元相图 二元相图
(3) 热震稳定性好
R ∝ Pm λ / Eα
其中P :材料的机械强度; 为材料的导热系数 为材料的导热系数; 为材料 其中 m:材料的机械强度;λ为材料的导热系数;E为材料 的弹性模量; 为材料的热膨胀系数 为材料的热膨胀系数。 的弹性模量;α为材料的热膨胀系数。 λ 1 0 0 0 ° C = 2 2 9 w / m . k

耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和MgO微粉结合剂研究进展

耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和MgO微粉结合剂研究进展

耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和MgO微粉结合剂研
究进展
王永新;高亚博;方要华;李亚格;黄仲;张海军
【期刊名称】《耐火材料》
【年(卷),期】2024(58)2
【摘要】结合剂是耐火浇注料的重要组成部分,为耐火浇注料提供了早期作业性能和力学强度,并可影响耐火浇注料在高温下的使用性能。

对近年来耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)以及MgO微粉结合剂的研究进展及仍存在的一些问题作出了总结,期望为其进一步研究和更好的应用起到积极的推进作用。

【总页数】7页(P167-173)
【作者】王永新;高亚博;方要华;李亚格;黄仲;张海军
【作者单位】武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ175
【相关文献】
1.Cr2O3微粉加入量对Al_(2)O_(3)-Cr2O3质耐火材料性能的影响
2.Fe_(2)O_(3)对MgO‒Al_(2)O_(3)‒SiO_(2)微晶玻璃体系微观结构的影响
3.Al_(2)O_(3)、SiO_(2)质量比对Al_(2)O_(3)SiO_(2)-MgO复合粉体电绝缘性能的影响
4.SiO_(2)微粉添加量对Al_(2)O_(3)-SiO_(2)质喷涂料性能的影响
5.不同
Al_(2)O_(3)/SiO_(2)比的MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃制备及性能研究
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

MgO-C质耐火材料简介

MgO-C质耐火材料简介

我知道的高温材料之——MgO-C质耐火材料重庆大学一.MgO-C质耐火砖的起源及其发展第一次使用氧化物和碳的复合耐火材料是在15世纪初所制造的碳氧化物坩埚。

钢铁工业用的碳氧化物复合耐火材料是很早用铸锭用耐火材料的石墨塞头砖。

后来随着连铸技术的推广应用,氧化物和碳复合起来使用的耐火材料用的更广泛。

MgO–C砖是20世纪70年代兴起的新型耐火材料,最早由日本九洲耐火材料公司渡边明首先开发,它是以镁砂(高温烧结镁砂或电熔镁砂)和碳素材料为原料,用各种碳质结合剂制成的耐火材料。

由于MgO–C砖具有耐火度高、抗热震性优良和抗侵蚀能力强等优良特性而被广泛应用于钢铁企业,如转炉炼钢和电炉炼钢。

在日本研发出树脂结合MgO–C砖后,西欧开发了沥青结合的MgO–C砖,其残碳量约为10%,由于价格低于树脂结合MgO–C砖,故被成功地用于水冷电炉中的高温热点部位,同时也用于转炉。

我国在1980前后年开始研究含碳耐火材料[2],并被列入国家“七五”(1985~1989)科技攻关项目。

1987年鞍钢三炼钢厂在转炉上试用MgO–C砖后,仅用一年时间就超额完成了“七五”转炉炉龄达千次的攻关目标。

发展到目前,全国各大中小钢厂已普遍推广使用MgO–C质耐火材料作为转炉和电炉的炉衬。

二.MgO-C质耐火砖的生产MgO-C砖的制造工艺主要包括原料准备,配料,混练,成型和热处理。

生产MgO–C砖的主要原料包括镁砂、鳞片状石墨、有机结合剂以及抗氧化剂。

1 镁砂镁砂是生产MgO–C砖的主要原料,有电熔镁砂和烧结镁砂之分。

电熔镁砂与烧镁砂相比具有方镁石结晶粒粗大、颗粒体积密度大等优点,是生产镁碳砖中主要选用的原料。

2 碳源不论是在传统的MgO-C砖还是在目前大量使用的低碳MgO-C砖,主要利用鳞片状石墨作为其碳源。

3 结合剂结合剂是生产MgO-C砖的关键,现在生产MgO-C砖多选用合成酚醛树脂作为结合剂,其他较为常用的还有含碳结合剂。

三.MgO-C耐火材料在炼钢转炉中的应用现在的MgO-C耐火材料在钢铁行业主要用于转炉、交流电弧炉、直流电弧炉的内衬,钢包的渣线等部位。

复合添加Al和TiO2对低碳镁碳砖基质物相组成及性能的影响

复合添加Al和TiO2对低碳镁碳砖基质物相组成及性能的影响

基 质 反 应 生 成 新 相 Mg A1 。 O 和 T i N或 T i ( C, N) , 使低碳镁 碳砖 的抗氧 化性 能明显提 高 , 材 料 的 强 度 显 著 增 加; 此 外, 添 加 剂 的 复 合 引入 有 利 于 改善 单 独 引 入 Al 粉 时 镁 碳 砖 埋 炭 处理 后 易水 化 的 问题 。
基 质物 相组 成及 性 能 的影 响 。

9 6 .5 8

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1 . 2 试样 的制备 及 其性 能测试
将 A1 粉、 T i O 、 超细鳞 片石墨 、 镁 砂 细 粉 按
关键 词 : 低碳镁碳砖 ; 添加剂 ; Ti N; Ti ( C, N) ; 镁 铝 尖 晶石
中图分类号 : TB 3 3 2
文献标志码 : A
文章编号 : 1 6 7 4 — 3 6 4 4 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 4 5 — 0 5
镁 碳砖 具 有 良好 的热 震 稳 定 性 和 抗 渣性 , 广
片石 墨 ( 粒 度 小 于0 . 0 1 8 mm) , 添 加 剂 有 Al 粉
( ( A1 ) >9 9 . 5 ) 和 Ti O2 ( ( Ti O2 ) >9 9 . 0 ) ,
泛应用于钢铁 冶金工业 , 如转 炉、 钢 包 等 炉 衬 部
位 。由于冶 炼 洁净 钢 、 超低 碳 钢 及 节 能 降耗 的需 要, 镁碳 砖 低碳 化成 为必 然趋 势 _ 】 ] 。但 是 , 镁 碳 砖 中碳 含 量 的降低 会 使 砖 的导 热 性 能 降低 、 抗 渣 渗

TiO2 对MgO–Al2O3–SiO2–TiO2–La2O3 系微晶玻璃相变和

TiO2 对MgO–Al2O3–SiO2–TiO2–La2O3 系微晶玻璃相变和
第 43 卷第 4 期 2015 年 4 月


盐 学

Vol. 43,No. 4 April,2015
JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY
DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2015.04.21
图 1 MASTL 原始玻璃样品 T0~T4 的 DSC 曲线 Fig. 1 DSC curves of MASTL parent glass samples T0–T4
MASTL-1.0MgO·1.2Al2O3·2.8SiO2·xTiO2·0.4La2O3 (x=1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0).
第 43 卷第 4 期
王慧娟等:TiO2 对 MgO–Al2O3–SiO2–TiO2–La2O3 系微晶玻璃相变和微波介电性能的影响
·499·
具有高品质因数、近零谐振频率温度系数和中 低介电常数的微波介质材料在微波通讯领域有重要 的应用价值,相关材料的研制、开发是新材料研究 热点之一。MgO–Al2O3–SiO2–TiO2(MAST)系堇青石 基微晶玻璃是一种重要的传统微波介质材料,具有 介电损耗低(≈10 )、热稳定性好、机械强度高等优 良特性。 MAST 中的 TiO2 是一种有效的晶核剂
Effect of TiO2 on Crystallization and Microwave Dielectric Properties of MgO–Al2O3–SiO2–TiO2–La2O3 Glass-ceramics
WANG Huijuan, LI Botao, LIN Huixing, CHEN Wei, LUO Lan (Key Laboratory of Inorganic Function Material and Device, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China) Abstract: Glass-ceramics were fabricated from MgO–Al2O3–SiO2–TiO2–La2O3 (MASTL) system by a molten method and subsequent one-step crystallization heat-treatment. The effect of TiO2 on the crystallization, microstructure and dielectric properties of the glass-ceramic material was investigated by differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and network analysis, respectively. The results show that the glass-ceramic consists of multi-crystalline phases, i.e., perrierite, cordierite, magnesium aluminotitanate (MAT), rutile and spinel (MgAl2O4). Among them, the content of MAT is low and spinel belongs to metastable intermediate. The crystallization tendency of the original glass becomes stronger when TiO2 content increases. Moreover, the crystallization temperature of perrierite and rutile descends significantly, while the crystallization temperature of spinel increases. The increase of dielectric constant and temperature coefficient of resonant frequency (f) of the glass-ceramic is mainly due to the presence of more rutile with greatr and tremendous positive f, and the slight decrease of quality factor (Q×f) is correlated to the decrease of cordierite with great Q×f. Key words: glass-ceramic; magnesium-aluminum-silicon-titanium lanthanide system glass; crystallization; phase transition; microwave dielectric properties.

在高碱性气氛中应用MgO—C质耐火材料

在高碱性气氛中应用MgO—C质耐火材料
度 、开 口气 孑 率 及气 孑 大 小 的分 布 。按 照 在 三 点 L L
式 抗 折 条 件下 ( 5  ̄ 9 0C,空气 冷 却 )的 强 度损 失 评 估 了抗 热 震 性 。此 时 对 试 样 的 冷 却 是 在 回转 式 平
截 至 目前 为 止 。 尚未 开 展 关 于不 同 的 碱类 物
采用 Mg O制 造 的 耐火 材 料 多 年来 在 工 业 的各 个行 业 中得 到 了成 功 的应 用 。为 了改 善 Mg 的热 O 机 械 性 能及 抗 侵 蚀 性 能 。采 用 了不 同 的 加 入 剂 , 这 些 加 入 剂 包 括 A2, l 、镁 尖 晶 石 、 鳞 片 状 石 墨 0
2 实 验
21 原 料 .
触:
— —
在 试验 工 作 中所 选 择 的原 料 为 颗 粒 粒 度 不 同


的烧 结 Mg O和 电熔 Mg O、天 然石 墨 、铝 粉 及 合 成
树 脂 。 在研 究 时 利用 K 1 20 、N C 及 N 2O C 、K C 3 a 1 aC 3 作 为 碱类 元 素 的化合 物 。
B进 行 了研 究 。
方 面 。材 料 中含 有 的石 墨 将 阻 止 液 态 及 气 态 碱
类 化合 物 向砖 体 内侵 入 ;而 另 一 方 面 。与 纯 镁 质 耐火材 料 比较 。其 抗 热震 性应 有 所 提高 。
3 实验 数 据
测定了试样 的耐压强 度 、抗折强度 、体积密
起 的 ,它 与 石 墨 形 成 中 间化 合 物 。 当 Mg 颗 粒 组 成 达 到 最 佳 化 时 , 在 制 品 与 碱 类 物 质 发 生 相 互 作 用 的 情 况 下 , o 可 以 改 善 制 品 的 性 能 。研 究 表 明 ,在 较 低 温 度 下 有 可 能 使 碱 类 物 质 的 影 响 作 用达 到 最 低 程 度 。此 类 镁 碳 质 耐 火

TiO2、MgO添加剂对Al2O3陶瓷材料烧结致密化影响的研究

TiO2、MgO添加剂对Al2O3陶瓷材料烧结致密化影响的研究

2 实 验 结 果 与讨 论
表 1 中 列 出了 不 同二 氧 化 钛 加 入 量 在 不 同 的烧 结温 度 卜 氧 性, 可促进烧结… 。氧化铝是一种重要的陶瓷材料, 纯氧化铝的晶 所有 添 加 了二 氧 化 粒 呈片 状 , 为 了 提 高氧 化 铝 的 性 能 , 材 料 工 作 者 展 开 了 不 少 旨在 化铝 陶瓷 材 料 的密 度 。从表 1中 的数据 表 明 , 改 变 氧 化 铝 晶粒 微 观 形 貌 的 研 究 ,其 中有 一 种 方 法 在 于 改变 氧 钛 的氧 化 铝 陶 瓷 圆 片 样 品 ,其 密 度 均 比相 同烧 结 温 度 下 不掺 杂 除 了添 加 2 . 0 w t %的二 氧 化 钛 样 品外 , 随烧 化 铝 本 身 的 晶粒 形 貌 , 利用液相烧 结、 添 加 晶种 等 手 段 使 晶粒 各 样 品 的密 度 高 。此 外 , 结温 度 的提 高 材 料 的密 度 增 加 。这 表 明二 氧 化 钛 和 烧 结 温度 对 向异性增强口 卅, 大大提高 了氧 化铝 的烧 结活性, 使烧结后 的氧化 氧化 铝 陶 瓷 的烧 结 均 有 促 进 作 用 , 但 是 , 二 氧 化 钛 的 不 同 添 加 量 铝 陶 瓷材 料 的密 度 和 强 度 都 有 一 定 程 度 的增 加 。 美 国 宾 州 大 学 . 4 w t %和 1 . 0 w t %- M。 s i n g 等 人 对 单相 氧 化 铝 块 材 中 晶粒 的各 向异性 生长 进 行 了研 对氧 化 铝 的烧 结 影 响又 有 明显 差异 ,添 加 了 0 随烧 结温 度 的提 高 , 密度 比添 加 2 . 0 w t %二 氧 化 究, 他 们 的工 作 表 明 , 加 入 微 量 的二 氧 化 钛 就 可 以 促 使 氧 化 铝 晶 氧化 钛 的氧 化 铝 , 在1 4 0 0  ̄ C, 前 者密 度 低 于 后 者 , 在 1 4 5 0 ℃, 粒 各 向 异性 明显 增 强 , 随烧结温度 、 保 温 时 间 及氧 化 钛 加 入 量 的 钛 的样 品上 升 得 更 快 。 到 1 5 o o  ̄ c  ̄ 7 者 密 度 就超 过 了后 者 。 反 观 添 不 同, 氧 化 铝 晶粒 形 貌 会 发 生 明显 变 化 , 从 等 轴 状 晶粒 , 到 部 分 二 者 密度 已近 似 相 等 , 加 了 2 . 0 w t % ̄ 氧 化 钛 的氧 化 铝 , 随 烧 结 温 度 的 增 加 而 密度 降低 , 晶粒各相 异性增强 , 最 后 到 全 部 晶粒 明 显 长 大 , 各 向异性减弱 。 这 可 能 是 因 为 过 多 过 大 的 晶粒 , 会 产 生 空 间位 阻 , 妨 害 了样 品 的 然 而 单 纯 添 加 氧 化 钛 而 生 成 的各 向异 性 较 强 的 晶 粒 一 般 都 很 大, 显 微 结 构 不够 均 匀 。本 工 作 旨在 讨 论 : 通 过 二 氧 化 钛 和 氧 化 致 密 化 。二 氧 化 钛 添 加 量和 烧 结 温 度 对 氧 化 铝 密 度 的 双 影 响 中。 镁双掺 杂及加入量 、 烧结温度 、 保温 时间的不 同, 氧 化 铝 陶 瓷 材 可 以直 观 地 反 映在 表 1 料 的致 密 度 也 发 生 了 明显 变 化 ,从 而 大 大 提 高 了氧 化 铝 陶 瓷 的 密度和强度。

耐火材料工艺学氧化镁-氧化钙系耐火材料

耐火材料工艺学氧化镁-氧化钙系耐火材料

1、什么是镁质耐火材料?包括哪些制品?这类耐火材 料有哪些特点? 2、镁质耐火制品的化学组成对其性能有哪些影响?
3、镁质耐火制品中的结合物有哪些?各有什么特点?
4、镁质耐火材料的原料有哪些?
5、简述镁质耐火制品的生产工艺要点?
6、了解氧化镁—氧化钙系其它类型耐火材料所用的 原料及生产工艺。
第六章 尖晶石耐火材料
定义:尖晶石指的是相同结构的一类矿物,化学通 式可表示为 AO· R2O3(或 AR2O4),其中 A代表二价元素 离子,可以是 Mg2+ 、 Fe2+ 等; R 为三价元素,可以是 Al3+,Fe3+、Cr3+等。它们大部分都以同晶型固溶体的 形式存在。所有尖晶石借晶格膨胀形成固溶体。
分类:尖晶石耐火材料按其所用的原料及其组成可 分为:铬砖、铬镁砖、镁铬砖、镁铝尖晶石耐火材料。
的Fe2O3后耐火度仍很高。
故镁质耐火材料对含铁炉渣
有良好的抵抗力。
图5-3 MgO- Fe2O3系
二、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点 1、结合物
(1)硅酸盐 以C3S为结合物时,荷重变形温 度高,抗渣好,但烧结性差,易形成CaO和晶型 转化的C2S;以C3MS2、CMS为结合剂的制品荷 重变形温度低,耐压强度小;以C2S为结合物烧 结性差,荷重变形温度高,但C2S的晶型转化易 造成制品开裂;以C2S或M2S为结合物的制品具有 较高的荷重变形温度,对碱性或铁质渣的化学稳 定性高,抗渣性高。
5)尖晶石的熔点为2135℃,且与方镁石形成二元
系的始熔温度较高(1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ95℃),因而以MA作结合 物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。
2、组织结构特点 从微观结构看,耐火制品非均一物质,而是由 不同化学成分及不同结构的矿物组成的。 一种是直接结合; 一种是液相包围颗粒;

纳米TiO_2添加剂对Al_2O_3陶瓷微观结构与烧结性能的影响

纳米TiO_2添加剂对Al_2O_3陶瓷微观结构与烧结性能的影响

硅酸盐学报· 494 ·2008年纳米TiO2添加剂对Al2O3陶瓷微观结构与烧结性能的影响张锡平1,陈树江1,李国华1,薛文东2,孙加林2(1. 辽宁科技大学,辽宁鞍山 114044;2. 北京科技大学,北京 100083)摘要:用微米级和纳米级两种不同的TiO2作为烧结助剂,研究其对Al2O3陶瓷微观结构和烧结性能的影响。

结果表明:纳米TiO2能更好的提高Al2O3陶瓷的烧结活性,降低烧结温度。

当TiO2含量为2%时,在1580℃烧结试样的显气孔率为0.54%;在1650℃烧结试样的显气孔率为0.16%。

纳米TiO2的加入改变了Al2O3陶瓷的微观结构,更有利于Al2O3陶瓷的烧结。

关键词:纳米氧化钛;氧化铝陶瓷;烧结性能;微观结构中图分类号:TQ172 文献标识码:A 文章编号:0454–5648(2008)04–0494–04EFFECT OF NANOSIZED TiO2 AS ADDITIVE ON THE MICROSTRUCTURE ANDSINTERING CHARACTERISTICS OF Al2O3 CERAMICSZHANG Xiping1,CHEN Shujiang1,LI Guohua1,XUE Wendong2,SUN Jialin2(1. The University of Science & Technology Liaoning, Liaoning Anshan 114044; 2. The University ofScience & Technology Beijing, Beijing 100083)Abstract: The effects of TiO2 as additive on the microstructure and the sintering characteristic of Al2O3 ceramics were studied. The results indicated that the sintering characteristics of Al2O3 ceramics were improved, and the temperature of sintering was decreased when nanosized TiO2 was added into the samples. The apparent porosity is 0.54%, 0.16% for the sample with 2% TiO2 sintered at 1580℃ and 1650℃, respectively. In addition, the microstructure of Al2O3 ceramics can be changed by the addition of nanosized TiO2, which is benefical to sintering of Al2O3 ceramics.Key words: nano-titania; alumina ceramic; sintering character; microstructureAl2O3陶瓷材料具有高强度﹑高硬度﹑耐腐蚀、耐高温等特性,受到广泛关注。

TiO2添加剂对镁钙质耐火材料防水化性能的影响

TiO2添加剂对镁钙质耐火材料防水化性能的影响
( . le eo a eilS in ea d En ie rn 1 Colg fM t r e c n gn eig,S a d n iest fTe h oo y,Z b 5 0 9 a c h n o g Unv riyo c n lg io2 5 4 ,Chn ; ia
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第2 O卷 第 2期
20 0 6年 3月
山 东 理 工 大 学 学 报 ( 然 科 学 版) 自
J u n l f h n o g Unv ri f c n lg ( c & T e ) o ra o a d n i st o h oo y S i S e y Te e h
Ab ta t sr c :By t e r t a n l s fTi 2 a d t ea d ma r y r td e p r n ,t e i f e c s h o ei l a y i o 0 d i v n ti h d a e x e i c a s i x me t h n l n e u
o i 2 nteh dai -ei e t h rcei i f O- a aei r u i . h eutn i f ( y rt nrs t aatr t so Mg C O m tr l e td d T erslid~ T )o h o sn c sc aa s e
2 S a g a n tt t fOp isa d F n e h n c ,Ch n s a e fS in e ,S a g a 2 1 0 . h n h i s i e o tc n i e M c a is I u i e e Ac d my o ce c s h n h i 0 8 0。Ch n ; i a 3 C l g fma e ils in e a d e g n e ig,An h n Un v r i fS in e a d Te h o o y . o l e o t r ce c n n i e rn e a s a i e st o ce c n c n l g ,An h n 1 4 0 ,Ch n ) y s a 0 2 1 ia

CNT添加剂对MgO-C耐火材料的影响

CNT添加剂对MgO-C耐火材料的影响

CNT添加剂对MgO-C耐火材料的影响摘要:在MgO-C耐火材料的基质中添加碳纳米管(CNT),研究了CNT对耐火材料性能的影响。

在乙醇中用最佳添加量,采用声波降解法进行了分散试验。

用X射线衍射(XRD)进行相分析。

通过傅里叶变换红外线光谱学(FTIR)分析,发现添加或未添加CNT的试样没有明显变化。

用场发射扫描电镜(FESEM)分析了试样的形态。

发现CNT只有与王水(HNO3∶H2SO4=3∶1)中的COOH官能团结合后才会分散。

在乙醇介质中操作15h和20h后,利用声波降解法,CNT分散结果并不理想,在基质的某些区域CNT仍然缠绕在一起。

在MgO-C基质中添加或未添加CNT,采用热重分析(TGA)研究了试样的抗氧化性。

关键词:碳纳米管(CNT);MgO-C耐火材料;声波降解法;分散中图分类号:TQ175.713文献标识码:A文章编号:1673-7792(2018)03-0037-051介绍含碳碱性镁质耐火材料广泛应用于不同的热金属和钢水容器中,这得益于其良好的热导率、对碳的非润湿性所产生的耐用性。

分布于耐火材料的粗、中、细颗粒之间的纳米碳颗粒和树脂结合剂会改进耐火材料性能。

添加剂及其他物质填充于不同颗粒之间的内部气孔和间隙,其结果是纳米碳不仅吸收和释放由于耐火材料颗粒的热膨胀和收缩导致的应力,而且还降低了耐火材料内部热应力的不均匀分布。

添加1.5%纳米碳颗粒的耐火材料显示出抗热剥落性,等同于含有18%石墨的现存耐火材料。

细颗粒碳,诸如纳米碳黑加入到基质中的作用是改进了抗剥落性。

从已发表的文献中可以看出,增加细颗粒碳含量,弹性模量降低,蠕变变形量减少。

Gokce等人研究了不同抗氧化剂对MgO-C耐火材料抗氧化性的影响。

研究了4种不同的抗氧化剂,分别为Al、Si、B4C和SiC。

发现B4C的抗氧化性非常好,这是由于在砖的表面形成了Mg3B2O6层。

Al 具有相近的抗氧化性,这是由于形成了MgAl2O4尖晶石相。

镁质耐火材料与钢中镁铝尖晶石夹杂形成的热力学关系

镁质耐火材料与钢中镁铝尖晶石夹杂形成的热力学关系

第25卷第6期 硅 酸 盐 通 报 Vol .25 No .6 2006年12月 BULLETI N OF THE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY December,2006 镁质耐火材料与钢中镁铝尖晶石夹杂形成的热力学关系魏耀武1,李 楠1,潘德福2(1.武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷湖北省重点实验室,武汉430081;2.中材人工晶体研究院,北京100018)摘要:洁净钢用耐火材料已越来越受到人们的关注,耐火材料是钢中氧化物夹杂的主要来源之一。

为了考察耐火材料对钢中氧含量的影响,将纯铁置于镁质浇注料坩埚中在还原气氛下于1600℃温度保温3h 。

对试验后的钢样进行了SE M 和E DS 分析,结果发现钢中有Mg O ・A l 2O 3夹杂形成。

本文从热力学的角度对试验过程中熔钢里形成的尖晶石氧化物的成因进行了分析,计算结果表明:即使钢中的A l 含量较低,Mg O ・A l 2O 3尖晶石依然可以形成。

关键词:镁质耐火材料;热力学;尖晶石夹杂Ther m odynam i cs Ana lysis on the Forma ti on of Sp i n el I nclusi oni n the Steel V i a M g O Ba sed Refractor i esW E I Yao 2w u 1,L I N an 1,PAN D e 2fu 2(1.Hubei Pr ovince Key Lab of Refarct ories and Cera m ics,W uhan University of Sci &Tech,W uhan 430081,China;2.Research I nstitute of Synthetic Crystals,Beijing 100018,China )Abstract:Sa mp les of pure ir on buried in Mg O castable bonded by m icr osilica in graphite crucible were heated at 1600℃f or 3h .The steel sa mp leswere investigated by SE M and E DS .It can be seen thatMg O ・A l 2O 3inclusi on f or med in the steel .The paper investigated the f or mati on p r ocedure of Mg O ・A l 2O 3inclusi on in the steel via the ther modyna m ics analysis and the result shows that Mg O ・A l 2O 3can be f or med in the steel even with less [A l]content .Key words:Mg O based refract orys;ther modyna m ics;s p inel inclusi on作者简介:魏耀武(19692),男,博士,副教授.从事方向为洁净钢用耐火材料.E 2mail:yaowuwei@hot m ail .com图1 石墨坩埚和镁质内衬的尺寸Fig .1 Size of the crucible and refract ory liner 随着洁净钢需求的日益增加,钢厂对耐火材料的选择越来越严格。

含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制

含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制

含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制
王东生;吕学明;刘亚东
【期刊名称】《耐火材料》
【年(卷),期】2024(58)1
【摘要】为了有效回收钛资源和满足高温碳化—低温氯化工艺对耐火材料的要求,采用热力学计算、XRD和SEM等研究手段分析了高温碳化过程中含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制。

热力学计算结果表明:1)温度越高,熔渣的侵蚀能力越强,当
温度低于1560℃时,熔渣与MgO-C砖反应生成MgAl_(2)O_(4)、Mg_(2)SiO_(4)和MgTi_(2)O_(4)等高熔点物相,对MgO-C砖侵蚀较慢,但当温度高于1560℃时,
前期生成的高熔点物相逐渐溶解,从而对MgO-C砖侵蚀加剧;2)随着碳化反应的进行,熔渣中TiO_(2)含量降低,TiC含量逐渐增加,熔渣对MgO-C砖的侵蚀逐渐减弱。

用后MgO-C砖的显微结构分析发现:镁碳砖的侵蚀机制是气氛中氧气与碳反应,形
成气孔,熔渣中TiO_(2)和SiO_(2)等再与基质MgO反应先形成高温中间相,随着反应进行再形成低熔点相,导致MgO-C砖逐渐被侵蚀。

【总页数】5页(P48-52)
【作者】王东生;吕学明;刘亚东
【作者单位】攀钢集团研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】X757
【相关文献】
1.外电场作用下熔渣对MgO-C耐火材料的侵蚀行为
2.电弧炉炉壁吹氧对渣线MgO-C砖的侵蚀分析
3.电磁场环境下碳含量对MgO-C砖抗高碱度渣侵蚀性能的影响
4.采用含B2O3防氧化涂料提高MgO-C砖抗LF粉化渣侵蚀的研究
5.MgO-C砖受CaO-SiO_2-Fe_2O_3系渣的侵蚀机理
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Journal of the European Ceramic Society27(2007)73–78Microstructure evaluation of MgO–C refractories withTiO2-and Al-additionsC.G.Aneziris,J.Hub´a lkov´a∗,R.Barab´a sInstitute of Ceramic,Glass and Construction Materials,Technical University of Freiberg,GermanyReceived5November2005;received in revised form13March2006;accepted17March2006Available online3May2006AbstractThe effect of TiO2-and Al-additions on the oxidation resistance and the mechanical properties of MgO–C refractories is evaluated in terms of a phase evolution as a function of the coking temperature.The formation of TiCN and TiC crystalline phases in the bonding matrix contributes to superior mechanical,thermal and chemical properties of carbon-bonded refractories.©2006Elsevier Ltd.All rights reserved.Keywords:Refractories;MgO;Mechanical properties;Oxidation resistance1.IntroductionMagnesia–carbon bricks are established high duty refractory products with unique mechanical,thermal and chemical proper-ties for applications in converters,electric arc furnaces and steel treatment ladles.In recent years the composition of high-duty magnesia–carbon bricks has been improved,especially in terms of the binders and additives used for better thermo-mechanical properties under ecological and economical aspects.1,2By using artificial resins–as alternative environmental friendly products against tar pitch bonded products–a higher isotropic glassy phase with lower oxidation resistance and more brittle bonding is obtained.3In order to decrease this“brittle behaviour”and increase the oxidation resistance environmental friendly artificial tar pitch binders as additions or as main binder parts are used.4,5The oldest used organic binder in the production of magnesia–carbon bricks is coal-tar pitch.Its benefits include good adhesion to the granules,plastic deformability at low tem-peratures(low softening point for improved wetting),a high yield of coke with an anisotropic structure and low costs.A major drawback of this product is its content of carcinogenic aromatics,notably benzo[a]pyrene.Coal-tar pitches contain 10,000–13,000ppm benzo[a]pyrene.∗Corresponding author.E-mail address:jana.hubalkova@ikgb.tu-freiberg.de(J.Hub´a lkov´a).Hardenable artificial resins,especially phenolic resins,are an environment-friendly alternative to benzo[a]pyrene rich coal-tar pitch and are the most frequently used organic binder in the production of magnesia–carbon bricks.They can be mixed with the refractory granular materials without warming.The coke residue is similar to pitch,approximately50%.A problem is the isotropic phase of the coke residue resulting from resins leading to more oxidation,corrosion and thermo-mechanical sensitiveness.On the other hand,there is a relatively new Carbo-resin product(CARBOnaceous RESin),which is a high melting coal-tar resin.Although it is produced out of coal it con-tains extremely low carcinogenic aromatics,especially the benzo[a]pyrene(<300ppm).After coking it forms,in contrast to resins,a highly oriented graphite-like carbon structure.Another approach for improving the properties of resin bonded refractories deals with the application of antioxidants. Antioxidants act as inhibitors of carbon oxidation by reducing CO to C.In MgO–C refractories,metal antioxidants such as Al, Si,Mg or carbide based antioxidants such as B4C and SiC are often used to improve the oxidation resistance on the one hand and the mechanical strength on the other hand.6–9With Al addi-tions,Zhang et al.9observe in MgO–Cfired samples at1200◦C Al4C3and Al2O3located presumably at the site of the origi-nal Al metal.Some of these centres consist of an Al2O3shell surrounding an Al4C3core;others are solid Al4C3and others are an Al2O3shell containing Al particles.Besides Al4C3and Al2O3,aluminium nitride(AlN)whiskers are formed between0955-2219/$–see front matter©2006Elsevier Ltd.All rights reserved. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2006.03.00174 C.G.Aneziris et al./Journal of the European Ceramic Society27(2007)73–78Table1Compositions I,II and IIIMaterial Composition I Composition II Composition IIIwt.%(g)wt.%(g)wt.%(g) MgO2–4mm20.50615.0020.16604.8020.16604.80 MgO1–2mm32.50975.0032.43972.9032.43972.90 MgO0–1mm22.00660.0021.91657.3021.91657.30 MgO(powder)13.00390.0013.15394.5013.15394.50 Graphite70–150␮m12.00360.0011.95358.5011.95358.50 TiO2<1␮m––0.4012.000.4012.00Related to3000gAluminum45–75␮m 2.5075.00–– 2.5075.00 Novolak(resin) 2.2066.00 2.2066.00 2.2066.00 Hexa(additive of the resin)0.22 6.600.22 6.600.22 6.60 Carbores(coal-tar resin) 1.0030.00 1.0030.00 1.0030.00the graphiteflakes and on Al4C3grain surfaces.At this tem-perature,cuboidal spinel is occasionally observed.At afiring temperature of1500◦C the microstructure is similar to that at 1200◦C,although little Al remains unreacted and more spinel is formed.Lee and Duh10have studied reactions between MgO–C–Al refractories in contact with high-aluminium-content alloy steels. They report,in the case of Al additions in MgO–C refracto-ries,MgAl2O4and Al4C3phases are observed in the refrac-tory bulk,and a large amount of protective MgAl2O4phase is formed due to the decomposition of Al4C3phases on the refractory-metal reaction interface.Further the oxygen partial pressure is substantially reduced by the presence of graphite in the MgO–C–Al brick during high-temperature tests. This results in the partial nitridation of aluminium in molten high-aluminium-content alloy steel.White aluminium nitride (AlN)with the shape of whiskers is formed and adheres to the surface of the MgO–C–Al brick.Aluminium is depleted from the alloy by nitridation or the oxidation reaction by CO gas.The effect of refractory oxides on the oxidation resistance of graphite and amorphous carbon is investigated by Yamaguchi et al.11Al2O3accelerates the oxidation of graphite greatly. In the contrast TiO2,ZrO2and MgO inhibit the oxidation of graphite.According to them TiO2and ZrO2donate electrons to graphite and stabilise its structure.Because of the exis-tence of many defects and weaker carbon–carbon bonds,the oxidation of amorphous carbon is not effected by refractory oxides.In the present work the interactions and the phase evolu-tion between a commercial available binder system based on liquid phenolic resin and a powder high melting coal-tar resin with TiO2-and Al-additions are investigated by employing X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscope(SEM), energy dispersive X-ray(EDX)and electron backscatter diffrac-tion EBSD techniques.In a further step,the mechanical prop-erties and the oxidation resistance of MgO–C refractories with TiO2-and Al-additions are studied in terms of the cold compres-sion strength,the open porosity the oxidation depth after3h at1200◦C in air atmosphere in a special furnace device.2.ExperimentalCommercially available high quality fused magnesia with a bulk density of3.52g/cm3(Possehl,Germany)and natural graphiteflakes containing94%carbon with a specific surface area of1m2/g(Graphit Kropfm¨u hl,Germany)were used as raw materials.The liquid Novolak resin(Hexion Specialty Chemi-cals,Germany)and powder CARBORES high melting coal-tar resin(R¨u tgers,Germany)were used as binders,titania pow-der(Tronox,Germany)and aluminium powder(TLS Technik, Germany)as additives.Table1shows three compositions with different TiO2-and Al-additions(the binder system,i.e.ratio of liquid Novolak resin and powder CARBORES coal-tar resin,is identical for all three compositions).In afirst step,model-compositions without magnesia grains and graphiteflakes were produced.Both binders are hand-mixed with the TiO2-and/or the Al-addition and placed in an alu-mina crucible.The crucibles with the model-compositions were filled with carbon powder in order to inhibit the oxidation and covered with an alumina plate before coking at temperatures between1000and1500◦C for1h.The phase evolutions of the model-compositions were examined in air atmosphere(all com-positions)and in argon atmosphere(composition I)as a function of the coking temperature.In the second step,all raw materials and additives accord-ing to Table1were mixed at room temperature following the standard commercial practice.After mixing,cylindrical sam-ples(50mm in diameter and50mm in height)were pressed (maximum pressure of150MPa).After pressing,the samples were cured following the standard temperature–time curve up to180◦C.The coking of the cylindrical samples was carried out at1000◦C for2h in a retortfilled with carbon grit.The open porosity and the cold compression strength(CCS) were determined following to EN993,part1and part5, respectively.The oxidation tests took place in a special electric furnace with controlled air support(10l/min).Samples of all compositions were placed on a rotating disc and treated at 1200◦C for3h.The oxidation depth was measured on the cross section at three different positions.All experiments have been carried out withfive samples from each composition.Table5 show the average values and standard deviations of open poros-C.G.Aneziris et al./Journal of the European Ceramic Society27(2007)73–7875 Table2Phase evolution at1000◦C of the model-compositions without MgO and graphiteModel compositions C*Al Al2O3AlN TiO2TiC TiCN Al4C3Al2OC Al4O4C Al2Ti4C I+++−−−−++−−II+−−−+−−−−−−III+++−−+−++−+C*:graphite.Table3Phase evolution at1300◦C of the model-compositions without MgO and graphiteModel compositions C*Al Al2O3AlN TiO2TiC TiCN Al4C3Al2OC Al4O4C Al2Ti4C I+−+−−−−+++−II+−−−+−+−−−−III+−+−−+−+++−C*:graphite.ity,cold compression strength and oxidation depth for all three compositions.3.Results and discussionTables2–4present the phase evolution due to XRD of the model-compositions I(only with Al-addition),II(only with TiO2-addition)and III(with Al-and TiO2-additions)coked at 1000,1300and1500◦C in air and sealed by carbon in an alu-mina crucible.In model-compositions I and III,Al contributes to early formation of higher amounts of graphite(higher graphite peaks due to XRD already below1000◦C)in comparison to composition II.Above1300◦C no Al can be detected by XRD. No AlN can be identified due to XRD(negligible amount)but AlN can be observed at the grain boundaries of the Al grains at the interface carbon matrix/Al-grain by means of EDX and EBSD analysis,Figs.2and3.In the case of composition I coked at1000◦C in air,Al4C3 and Al2OC whiskers can be identified in the previous position of aluminium grains.The Al4C3as well as the Al2OC have been registered due to XRD,see also Fig.1.According to Figs.2and3 and especially Fig.4at higher coked temperatures amorphous whiskers containing Al,C and O due to EDX are registered. With the aid of the EBSD,no Kikuchi line patterns can be iden-tified(no evidence of crystals)when the whiskers of Fig.4are examined.Further according to composition I but also III at higher coking temperatures and especially above1300◦C also Al4O4C can be additionally detected.Very interesting results are demonstrated in Figs.5and6.When model-composition I is coked at1000◦C in argon and sealed by carbon in an alumina crucible Al4C3crystal grains are identified and remainstable Fig.1.Model-composition I,magnification200,000×,coked at1000◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,whiskers based on Al4C3and Al2OC in the previous position of aluminium grains.up to1500◦C.According to Table3,the model-composition III leads at1000◦C to the formation of Al2Ti4C,a phase that is not stable at higher coking temperatures.Very interesting is the evidence that due to the combination of TiO2and Al addi-tions mostly Al4C3,Al2OC and Al4O4C crystalline whiskers are formed,Figs.7and8.These phases remain stable and keep their crystal structure up to higher coking temperatures (in this work up to1500◦C).Very interesting appears the shape of these whiskers;they present a dumbbell-shaped structure. It is not difficult to assume that improved properties can be achieved if straight and dumbbell-shaped nano sized carbide whiskers are well distributed in the matrix.A moreflexible struc-ture with superior thermal shock performance can be designed.Table4Phase evolution at1500◦C of the model-compositions without MgO and graphiteModel compositions C*Al Al2O3AlN TiO2TiC TiCN Al4C3Al2OC Al4O4C Al2Ti4C I+−+−−−−+++−II−−−−−−+−−−−III+−+−−+−+++−C*:graphite.76 C.G.Aneziris et al./Journal of the European Ceramic Society 27(2007)73–78Fig.2.Model-composition I,magnification 1000×,coked at 1200◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,whiskers based on Al 4C 3and Al 2OC and amorphous whiskers containing Al,C,O in the previous position of aluminium grains,at the interface carbon matrix/aluminium grain a mostly dense AlN layer.In a previous work the formation of dumbbell-shaped ␤-SiC whiskers in Al 2O 3–ZrO 2–C composite refractories has been studied,whereby a high amount of Si has been used.12This has to be taken under consideration because of the interactions of steel with Si.In this work Si-and SiO 2-free dumbbell-shaped whiskers have been developed.In addition composition III con-tains cubic TiC already from 1000◦C in air.Higher XRD peaks of TiC can be registered at 1500◦C.In case of the model-composition II up to 1200◦C no TiC or TiCN is produced.At 1300◦C in air cubic TiCN can be detected and non reacted TiO 2.At 1500◦C only TiCN can be detected (Fig.9).According to Table 5the TiCN formation in composition II leads to improved oxidation resistance in comparison to compo-sition I with the Al addition,compare Figs.10and 11.ThestateFig.3.Model-composition I,magnification 3000×,coked at 1200◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,whiskers based on Al 4C 3and Al 2OC and amorphous whiskers containing Al,C,O in the previous position of aluminium grains,at the interface carbon matrix/aluminium grain a mostly dense AlNlayer.Fig.4.Model-composition I,magnification 20,000×,coked at 1200◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,mostly amorphous whiskers con-taining Al,C,O in the previous position of aluminiumgrains.Fig.5.Model-composition I,magnification 1000×,coked at 1000◦C in argon and sealed by carbon in an alumina crucible,Al 4C 3crystal grains are formed.of the art is the addition of aluminium.This addition leads to the formation of mostly amorphous whiskers at elevated temper-atures that inhibit the oxidation.But the amorphous whiskers are not so sufficient as the crystalline position III exhibits a remarkable oxidation resistance.The cubic TiCandFig.6.Model-composition I,magnification 3000×,coked at 1000◦C in argon and sealed by carbon in an alumina crucible,Al 4C 3crystal grains are formed.C.G.Aneziris et al./Journal of the European Ceramic Society 27(2007)73–7877Fig.7.Model-composition III,magnification 3000×,coked at 1500◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,whiskers based on Al 2OC,Al 4O 4C and Al 4C 3.Fig.8.Model-composition III,magnification 10,000×,coked at 1500◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,whiskers based on Al 2OC,Al 4O 4C and Al 4C 3.the crystalline Al 4C 3,Al 2OC and Al 4O 4C whiskers are mainly responsible for such a performance.In addition composition III presents approximately 30%higher cold compression strength.It is assumed that the dumbbell-shaped crystalline whiskerscon-Fig.9.Model-composition II,coked at 1500◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,TiCN grains and TiCN agglomerates.Table 5Open porosity,cold compression strength (CCS)and oxidation depth of com-positions I,II and IIIComposition IComposition II Composition III Open porosity (V ol.%)13.05±0.0513.1±0.0511.3±0.05CCS (MPa)22.1±0.523.5±0.532.2±0.5Oxidation depth (mm)9±13±12±1tribute to a very tight composite bonding matrix.This extreme tight and very hard structure can also be identified after the oxi-dation tests.This correlates also with investigations of TiC-and TiCN-coating materials as they are applied on metallic substrates for improved abrasion resistance of working tools.13Composi-tion II and III present a very strong coherence between the MgO grains and the bonding matrix also after the oxidation test.In contrast,the structure of composition I without any Al additions is very weak and the abrasion resistance is very low.It is assumed that samples coked at temperatures above 1300◦C would exhibit superior mechanical,thermal and chem-ical properties because of a high formation of TiCN and TiC in the compositions II and III.According to industrialapplications,Fig.10.Oxidation tests at 1200◦C for 3h in air of MgO–C samples coked at 1000◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,left with Al-additions,right no Al-additions.78 C.G.Aneziris et al./Journal of the European Ceramic Society 27(2007)73–78Fig.11.Oxidation tests at 1200◦C for 3h in air of MgO–C samples coked at 1000◦C in air and sealed by carbon in an alumina crucible,left TiO 2-additions,right TiO 2/Al-additions.composition II and especially composition III posses superior performance to resist the hard service conditions such as abra-sion,erosion and corrosion by metal/slag-melts as well as with-stand thermal shock attacks.With respect to their extraordinary properties by low cost TiO 2-additions the model-compositions II and III can also be applied in the Al 2O 3–ZrO 2–C system for the development of submerged entry nozzles and sliding gates.4.ConclusionsThe addition of TiO 2and TiO 2/Al in carbon bonded refrac-tories leads to the formation of TiCN and TiC,respectively.These carbides improve the oxidation resistance,the mechan-ical strength as well as the abrasion resistance of the bonding matrix.In addition TiO 2in carbon-bonded refractories with Al as an antioxidant,contributes to the formation of mainly crystalline Al 4C 3,Al 2OC and Al 4O 4C dumbbell shaped whiskers.These whiskers present a higher oxidation resistance in comparison to amorphous whiskers containing Al,C and O and it is assumed that they increase the thermal shock performance because of interlocking mechanisms in the bonding matrix.AlN is identi-fied only at the interface carbon matrix/Al-grain.The whiskers in the previous position of Al grains contain only Al,O and C.AcknowledgementThe authors would like to thank Dr.B.Ullrich for providing SEM analysis.References1.Aneziris,C.G.,Borzov,D.and Ulbricht,J.,Magnesia carbon bricks—a high duty refractory material.Interceram.Refract.Man.,2003,22–27.2.Aneziris,C.G.,Homola,F.and Borzov,D.,Materials and process develop-ment of advanced carbon refractories for innovative metal processing.Adv.Eng.Mater.,2004,6,562–568.3.Buchebner,G.,Sampayo,L.and Samm,V .Development,production and application of pitch bonded magnesia carbon bricks with respect to their improved environmental compatibility.In 47th International Colloquium on 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