【摘要】：碳復(fù)合耐火材料由于其優(yōu)異的抗熱沖擊性和抗渣性而廣泛用于連鑄和爐外精煉等系統(tǒng)。近年來,隨著潔凈鋼的發(fā)展和低碳環(huán)保理念的推廣,傳統(tǒng)碳復(fù)合耐火材料碳含量高的問題日益突顯。例如鋼水增碳、熱損失大和石墨資源消耗量大以及CO_2等溫室氣體排放等,因此低碳化是碳復(fù)合耐火材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。簡(jiǎn)單降低碳含量,引起材料熱導(dǎo)率降低、熱膨脹增加,導(dǎo)致材料的抗熱震性和抗渣性大幅下降,影響材料的使用效果。碳復(fù)合耐火材料碳源包括組分碳和結(jié)合碳,結(jié)合碳對(duì)含碳材料尤其是低碳材料的結(jié)構(gòu)和性能具有重要影響。為此本課題從改性含碳材料結(jié)合劑的角度出發(fā),采用聚碳硅烷(PCS)為添加劑,研究了聚碳硅烷類型、添加量和熱處理溫度對(duì)酚醛樹脂熱解及低碳鋁碳耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響,并探討了聚碳硅烷熱解在還原氣氛下生成含Si纖維的生長(zhǎng)機(jī)理。主要結(jié)果如下:(1)聚碳硅烷通過交聯(lián)固化生成不溶不熔的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將PCS引入酚醛樹脂后,在熱處理過程中,PCS與樹脂反應(yīng),改變樹脂結(jié)合碳的形貌和結(jié)構(gòu)。結(jié)合碳由各向同性的致密玻璃碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷啥嗫椎慕Y(jié)構(gòu),PCS起到了樹脂改性的作用。當(dāng)熱處理溫度高于1400℃時(shí),結(jié)合碳內(nèi)部有大量含Si纖維生成。(2)固態(tài)聚碳硅烷(SPCS)反應(yīng)活性較低,微量加入低碳鋁碳材料中,隨著SPCS加入量提高,材料強(qiáng)度先下降后升高。當(dāng)SPCS含量為0.6 wt%,熱處理為950℃時(shí),試樣常溫抗折強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度和熱震后殘余抗折強(qiáng)度較高。1550℃熱處理后,試樣常溫抗折強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度最佳,熱震后殘余抗折強(qiáng)度最佳,強(qiáng)度保持率略有下降。(3)液態(tài)超支化聚碳硅烷(LPCS)具有較好的流動(dòng)性和更多的活性反應(yīng)基端,與酚醛樹脂反應(yīng)更為劇烈,結(jié)合碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮槭杷啥嗫椎慕Y(jié)構(gòu)。隨著熱處理溫度升高,LPCS完成有機(jī)-無機(jī)轉(zhuǎn)變后,裂解產(chǎn)物由無定形態(tài)SiC_xO_y三維網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楹琒i陶瓷纖維。本實(shí)驗(yàn)條件下,1550℃熱處理后,試樣常溫、高溫抗折強(qiáng)度最佳,熱震后殘余強(qiáng)度最高,低碳鋁碳材料綜合性能最佳。(4)SPCS和LPCS微量加入低碳鋁碳材料中,聚碳硅烷與酚醛樹脂反應(yīng),結(jié)合碳結(jié)構(gòu)由致密的玻璃碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫捉Y(jié)構(gòu),試樣顯氣孔率增加,與氧氣接觸面積增大,抗氧化性下降。聚碳硅烷裂解產(chǎn)物SiC_xO_y可以起到一定的抗氧化劑作用,由于加入量較低,作用不明顯。
【學(xué)位授予單位】：中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ175.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2769079