升温制度对Al-MgO-Al2O3耐火材料物相组成及显微结构的影响

赵臣瑞 孙 洋 牛智旺 李 勇 李宏宇 梁保青

1）河南熔金高温材料股份有限公司 河南卫辉453100

2）北京科技大学 材料科学与工程学院 北京100083

氧化物-非氧化物复合耐火材料是一种替代碳复合材料的新型无碳耐火材料。目前被广泛研究的氧化物-非氧化物复合耐火材料主要包括Al4O4C、（Al2OC）x（AlN）1-x、MgAlON［1-2］、SiAlON［3］复合耐火材料。（Al2OC）x（AlN）1-x是Al2OC和AlN形成的固溶体［4］，具有与石墨类似的不易被钢水润湿的特性，同时还兼具较低的热膨胀系数和优异的抗热震性［5-7］。以 Al2O3、AlN 和 Al4C3为原料合成（Al2OC）x（AlN）1-x需要极高的温度（超过1 950℃，30 MPa）［8］，而研究表明以Al2O（g）作为反应物能够显著降低（Al2OC）x（AlN）1-x的合成温度［9］。因此耐火材料高温热处理过程中Al2O（g）的生成成为低温下原位合成（Al2OC）x（AlN）1-x的关键。

在MgO-Al2O3体系中引入Al粉，可形成性能优越的氧化物-非氧化物复合耐火材料，为此，探索Al对MgO-Al2O3材料相演变和显微结构的影响以及（Al2OC）x（AlN）1-x的合成机制。

1 试验

以w（Al）≥99.3%的金属Al粉、w（MgO）≥97%的电熔镁砂、w（Al2O3）≥95%的棕刚玉为原料，热固性酚醛树脂为结合剂，按照表1所示配方配料，混料后成型为50 mm×50 mm×50 mm的立方体试样。试样经200℃干燥24 h后在空气条件下以不同升温制度进行热处理：1）直接升温至1 500℃保温2 h，编号为1#；2）先升温至580℃保温2 h后再升温至1 500℃保温2 h，编号为2#。利用荷兰帕纳科X Pert Powder X射线衍射仪分析烧后试样的物相组成，用德国ZEISSΣIGMA场发射扫描电镜观察烧后试样的显微结构。

表1 试样配方Table 1 Formulation of specimen

2 结果与讨论

2.1 1#试样的物相及显微结构

图1显示了1#试样的XRD图谱。可以看出，1#试样的物相组成包括 α-Al2O3、镁铝尖晶石、（Al2OC）x（AlN）1-x、Al4O4C、Ti（C，N）、六铝酸钙（CA6）、AlN和剩余金属铝。其中Ti（C，N）和CA6来自于棕刚玉原料中的杂质相，铝在材料中反应生成了镁铝尖晶石、（Al2OC）x（AlN）1-x、Al4O4C和AlN。……