莫来石在耐火材料中的应用

文摘   科技   2024-11-14 11:41   河南  
该文发表于《耐火材料》2024年第58卷第1期

张巍,王京阳.莫来石复合耐火材料的应用进展[J].耐火材料,2024,58(1):80-86+92.

引用格式

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背景

莫来石(MA)是Al2O3-SiO2系中唯一稳定的二元化合物,化学式为3Al2O3·2SiO2,理论组成为w(Al2O3)=71.8%,w(SiO2)=28.2%,具有化学性质稳定、抗侵蚀性好、抗热震性好、熔点(1 870 ℃)高、硬度大(莫氏硬度6~7)等优异性能。莫来石多是通过烧结法和电熔法人工合成。按照Al2O3含量的高低,烧结莫来石可分为M75、M70、M60、M45等4个牌号,电熔莫来石可分为M75和M70两个牌号。

图1  纯MA的八面体结构

(资料来源:高振昕. 耐火材料显微结构[M])
图2  合成莫来石的典型晶体形貌

(资料来源:李红霞. 耐火材料手册[M])

以莫来石为原料制备的纯莫来石及其复合耐火材料作为各种窑炉的内衬和高温窑具,被广泛应用于冶金、陶瓷、水泥、玻璃、石化、电力等领域。除了上述传统应用领域外,近年来,以莫来石为主要原料制备的材料已逐步应用于航天和军工领域。

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莫来石在耐火材料中的应用

图3  莫来石的应用

表1  莫来石复合耐火材料的应用

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结语
莫来石及其复合耐火材料作为各种窑炉的内衬在冶金、陶瓷、水泥和石化等传统领域已获得广泛应用。由于这些设备处于高温、高压的环境中,莫来石耐火材料具有良好的耐腐蚀性和高温稳定性,可以有效地延长设备的使用寿命和提高生产效率。今后莫来石在耐火材料中应用的发展趋势主要体现在以下几个方面:
(1)拓展莫来石耐火材料的应用领域。除了传统高温工业领域,莫来石耐火材料已在航天、军工等领域崭露头角。但目前莫来石耐火材料在这些领域的应用颇为局限,今后将继续推广其在航天、军工等领域的应用。
(2)促进轻质莫来石的开发。随着节能减排的推进,轻质、隔热耐火材料的研制对降低窑炉热损失、提高工作效率具有重要意义。以轻质莫来石制备的耐火材料不但具有良好的高温性能,同时还具有较好的保温隔热效果。具有良好高温性能的轻质隔热耐火材料的使用可以减薄甚至取消工作层。以轻质莫来石为原料制备的耐火浇注料能够解决以珍珠岩、蛭石或陶粒等为原料制备的轻质耐火浇注料使用温度低、无法在高温下直接接触火焰做工作衬里使用的难题。因此,气孔率大、体积密度小、热导率低、强度高的轻质莫来石的开发对研制可实现节能降耗的具有良好高温性能的轻质隔热耐火材料起到积极的促进作用。
(3)加强纳米莫来石在耐火材料中的应用。近年来,纳米技术在耐火材料中已成功应用,并不断获得材料性能上的突破。纳米莫来石粉体的使用可进一步改善耐火材料的性能,未来纳米莫来石将在耐火材料中发挥越来越重要的作用。
个 人 介 绍

张巍,博士毕业于名古屋大学,中国科学院金属所研究员、硕士生导师,东北大学、沈阳工业大学兼职硕士生导师。主要从事航天、军工、冶金用耐火材料和结构陶瓷等基础和应用研究工作。主持和参与国家自然科学基金、国家重点研发计划、辽宁省自然科学基金、日本中部经济局支援项目以及横向课题等10余项。以第一和通讯作者在Progress in Materials Science,Current Opinion in Solid State & Materials Science,Materials & Design,Journal of the European Ceramic Society,Ceramics International,Tribology International,Wear等国内外期刊上发表学术论文130余篇(ESI高被引论文1篇);申请中国专利33项,已获授权17项;制定企业标准1项,参编国家标准1项。获国际学术奖ISSN International Science & Technology Awards“International Best Researcher Award”、Asia’s Science, Technology and Research Awards “International Young Scientist Award”、8th Edition of International Research Awards on Composite Materials “Best Researcher Award”、国家优秀自费留学生奖学金、省部级奖励2次辽宁省银奖。先后入选大连市高层次人才创新支持计划“青年科技之星”、沈阳市高层次人才“拔尖人才”;全国耐火材料标准化技术委员会委员、大连市标准化专家、沈阳市标准化专家;中国科学院大连化学物理研究所“青年创新促进会”、中国科学院金属研究所“引进优秀学者人才计划”;斯坦福大学发布2022年度、2023年度、2024年度“全球TOP 2%顶尖科学家”;沈阳市科技计划项目评审专家、中国机械工程学会发布“机械工程领域高质量科技期刊分级目录评审专家”。担任《弹箭与制导学报》《化工矿物与加工》编委,《粉末冶金材料科学与工程》特聘编委,《Journal of Iron and Steel Research International》《China’s Refractories》《钢铁研究学报》《耐火材料》《兵器装备工程学报》《材料研究与应用》《稀有金属与硬质合金》《矿业科学学报》《矿产保护与利用》《铸造》等青年编委。


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