铝碳耐火材料中纳米碳纤维的生长研究

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文摘要碳是Al2O3－C耐火材料重要的组份，它是Al2O3－C等碳复合耐火材料获得优良性能的关键成份。碳在Al2O3－C耐火材料中主要以石墨和结合剂的形式存在。为提高碳复合耐火材料的性能，耐火材料工作者一直致力于改进石墨和结合剂性能的研究，但对石墨及结合剂碳化产物的纳米化研究还一直是个空白。过渡金属元素Fe、Co、Ni的微粒具有沉积碳的作用，碳纳米管、碳纳米纤维等具有优异性能的纳米结构碳可以通过含Fe、Co、Ni的催化剂在一定条件下催化含碳气体得到。Al2O3－C耐火材料就其组成特点和制备工艺，有适宜纳米碳管及纳米碳纤维生长的

2、环境。基于此，本文研究了以Al2O3－C耐火材料为基体，加入一定量的催化剂二茂铁和硝酸镍后，铝碳耐火材料内纳米碳管或纳米碳纤维生长的可能性，并探讨了纳米碳纤维的生长机理，同时还研究了加入纳米碳催化剂二茂铁后Al2O3－C耐火材料性能的变化。实验结果表明，引入一定量的催化剂后，应用Al2O3－C耐火材料制备的常规工艺，其内部能够生长出纳米碳管或中空的纳米碳纤维，且Al2O3-C耐火材料中的结合剂酚醛树脂是纳米碳纤维生长的直接碳源；实验还发现，在Al2O3－C耐火材料内生长纳米碳纤维时，其生长的可能性与催化剂的种类和加入方式有关，而与是否有外加碳源关系不

3、大；另外将催化剂Ni(NO3)2引入Al2O3-C耐火材料试样后，在有金属Si或SiC存在的前提下，会产生纳米碳纤维，同时伴有Sialon结构的晶体生成，这为在耐火材料中合成Sialon相提供了新的思路。二茂铁的加入对Al2O3－C耐火材料性能的影响实验结果表明：在二茂铁加入量为1～3％时，Al2O3－C耐火材料的体积密度、高温抗折强度、抗氧化性等性能均有所提高，而对抗渣性影响不大。关键词：纳米碳纤维，催化剂，Al2O3－C耐火材料，赛隆-1-独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别

4、加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：___________日期：____________关于论文使用授权的说明本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）签名：___________导师签名

5、：___________日期：____________内蒙古科技大学硕士学位论文引言随着科学技术的发展，无论是新型材料还是传统材料领域都不断涌现出新的技术。这些技术的出现极大地丰富了材料研究的领域，为制备新材料找到了新方法。耐火材料领域也有了新的发展，原料从天然矿物逐步发展到人工合成料，一些具有优良性能的特种耐火材料得以研制和开发。在二十世纪中叶，为满足氧气转炉炼钢技术发展的要求，镁炭，铝碳，等炭结合耐火材料得到发展，表明耐火材料已经开始摆脱单一氧化物体系朝着与非氧化物结合的复合材料过渡，材料的性能逐步提高。进入21世纪以来，随着世界科学技术的飞速发

6、展，耐火材料所服务的行业又进入了一个新的时期，同时新一代耐火材料也不断被研究、开发和应用，非氧化物－氧化物复合材料将成为新一代耐火材[1]料的核心。课题研究的背景钢铁工业中引入连铸技术后，其发展极其迅速。连铸使得以往的模铸－脱模－均热炉－开坯这一多任务序过程简化为一步将钢液变成热轧钢坯的过程。新的工艺流程具有节能、节省基建投资、降低生产成本、提高金属收得率等一系列优点，是一种高效、低耗的生产方法。连铸用耐火材料也有了更高的要求,它不再单纯是一般意义上的耐火材[2]料,而且还应该起到提高铸坯质量的作用。为提高连铸用耐火材料的抗侵蚀和抗热震稳定性，具有优

7、良抗侵蚀和抗热震的铝碳质耐火材料得到迅速发展，它是以Al2O3和C为主要成分，用沥青或树脂一类有机结合剂粘结而成的碳复合耐火材料。Al2O3－C耐火材料由于具有强度高、耐磨性好以及其良好的抗渣侵蚀等高温性能,已经成为连铸工业必不可少的耐火材料，大量用作滑动水口滑板、长水口、浸入式水口、水口砖及整体塞棒等。碳是Al2O3－C耐火材料重要的组份，它主要存在于Al2O3－C耐火材料中石墨和结合剂中。石墨是Al2O3－C耐火材料获得优良性能的关键耐火原料，结合剂酚醛树脂在碳化后可形成连续的结合碳骨架，有利于提高制品的强度及抗侵蚀性。但是石墨有易氧化和不耐冲刷

8、的特点，一旦氧化量超过临界值，材料的整体强度将出现大幅度下-1-内蒙古科技大学硕士学位论文降，甚至会出现整体