22637.低碳mgoc耐火材料基質顯微結構的演化及其對材料力學性能的影響

1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringTheMatrixMicrostructureEvolutionofLowCarbonMgOCRefractoriesandItsImpactonMaterials’MechanicalPropertiesPhDCandidate：

2、WeiGuopingMajor：Supervisor：MaterialsScienceProfZhuBoquanWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan，Hubei430081，PRChinaDecember2014摘要隨著低碳鋼和超低碳鋼冶煉新技術的引入以及對節(jié)能降耗的新要求，傳統(tǒng)的MgOC耐火材料必然向低碳、超低碳化方向發(fā)展。但碳含量降低后，MgO—C耐火材料的熱震穩(wěn)定性會急劇下降。MgO

3、—C耐火材料的結合劑一般為酚醛樹脂，其經高溫炭化后所形成的次生碳為各向同性的玻璃狀結構，該結構呈脆性，經高溫處理也難以石墨化，所以，對材料的高溫強度和熱震穩(wěn)定性不利。針對上述問題，本論文從次生碳結構優(yōu)化研究的角度出發(fā)，借助于x射線衍射分析、掃描電子顯微分析、透射電子顯微分析和能譜分析等分析技術，系統(tǒng)地研究了熱處理溫度、催化劑的種類、催化劑的摻雜量、保溫時間、炭化氣氛和升溫速率等工藝因素對過渡金屬催化劑摻雜酚醛樹脂熱解炭結構的影響，分析了

4、各工藝因素對熱解炭中原位碳納米管生長的影響機理；闡明了影響低碳MgO—C耐火材料基質中原位碳納米管生長動力學的關鍵因素，建立了高溫下次生碳中碳納米管的生長模型；探索了基質相與原位碳納米管的反應程度和影響反應的因素，并且闡明了基質相與原位碳納米管的界面反應機理；研究了次生碳結構對材料熱震穩(wěn)定性的影響機理，揭示了其與低碳MgOC耐火材料熱震穩(wěn)定性的相關性。主要研究結果如下：(1)Fe，Co，Ni催化劑在酚醛樹脂中的催化活性依次為NiCoFe

5、，其中Ni元素摻雜酚醛樹脂經1000℃炭化后的熱解炭中可形成大量具有較高長徑比的碳納米管，碳納米管的直徑為50100nm，長度可達幾十個微米；對Fe催化劑進行機械活化或在Fe催化劑中引入第二元素Ni均可提高Fe催化劑的催化活性，其中采用機械活化法制備的Fe納米片摻雜酚醛樹脂經1000℃炭化后的熱解炭中可形成大量具有較高石墨化度的碳納米管；熱解炭中石墨化碳的形成顯著地提高了熱解炭的抗氧化性，熱解炭的氧化峰值溫度提高了約80℃。(2)摻雜酚