燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉体及其对低碳耐火材料服役性能的影响

含碳耐火材料具有优良的抗侵蚀性和热震稳定性，广泛应用于转炉、钢包等冶金领域。但使用过程中存在向钢液增碳、散热量大等问题，迫切需要开发低碳含碳材料。利用燃烧合成法制备AlB2-Al2O3复合粉，并将其运用于低碳材料是解决碳含量降低引起性能劣化的有效措施之一。以廉价的铝和氧化硼粉为原料，采用节能的燃烧合成法制备AlB2-Al2O3复合粉，研究复合粉的最佳燃烧合成工艺和合成机理。复合粉中AlB2是新型防氧化剂，Al2O3可以与MgO反应生成尖晶石提高材料抗侵蚀性，同时研究加有复合粉的低碳含碳材料的服役性能。揭示添加复合粉体的低碳含碳材料高温下物理变化规律，提出防氧化和抗侵蚀机理。本项目首次提出燃烧合成AlB2-Al2O3粉并作为新的含碳耐火材料的防氧化体系进行研究，这对于深刻认识Al-B2O3系燃烧合成规律，含碳材料新型防氧化剂及低碳耐火材料的开发，都具有非常重要的科学意义和重大的实际应用价值。

低碳含碳材料在冶金领域使用过程中存在抗侵蚀性和热震稳定性差等问题，首次采用燃烧合成法制备AlB2-Al2O3复合粉，并将其运用于低碳材料，解决了碳含量低引起的材料性能劣化等问题。.（1）研究了原料种类、氩气压力对燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉体物相组成的影响，结果表明：以Al和单质B为原料，产物为AlB2，AlB12和残余的Al。以Al和H3BO3为原料，产物物相组成主要为Al2O3，AlB2和H18B4O33。以Al和B2O3为原料，产物物相组成主要为AlB2和Al2O3；另外，燃烧合成过程中B2O3易挥发，增大氩气压力有助于反应的进行，氩气压力过大产物气孔率较低，不利于AlB2的析出，结果表明，燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉的最佳氩气压力为1.0MPa。.（2）以Al和B2O3为原料，氩气压力为1.0MPa，研究了Al粉形貌、粒度和掺量对燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉体物相组成的影响，结果表明：采用球形Al粉，产物中AlB2颗粒较小；随Al粉粒度减小，产物中AlB2含量增加；随着Al粉用量的增加，产物中AlB2含量降低。.（3）在上述研究结果的基础上，研究了Al-Mg合金等添加剂对燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉体物相组成及显微结构的影响，结果表明：Al-Mg合金是Al-B2O3体系燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉的最佳添加剂。且随其用量的增加，产物中Al2O3含量降低，AlB2含量增加，当Al-Mg合金用量超过12wt%时，AlB2含量开始降低。AlB2为六方状颗粒且结晶完整，Al2O3为四方状颗粒。另外，产物中生成了AlB2的纳米纤维，其生成量随Al-Mg合金用量增加有增多的趋势。.（4）采用燃烧波淬熄实验研究了Al-B2O3体系燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉体的合成机理，结果表明：在燃烧合成过程中，Al和B2O3首先熔化形成Al-B2O3液相，同时Al和B2O3反应形成Al2O3和B，随着反应的进行，被还原出的B与剩余的Al反应结晶析出AlB2，其反应机理为溶解-析出机理。.（5）采用Al-B2O3体系燃烧合成AlB2-Al2O3复合粉并作为含碳耐火材料的新型抗氧化剂，这对低碳耐火材料的开发和应用具有非常重要的科学意义和重大应用价值。