耐火材料热膨胀失配界面微空间热震稳定机理研究

抗热震性是影响耐火材料高温使用效果的重要指标，但目前热震稳定性的评价指标主要针对单一热膨胀系数材料体系，而耐火材料在很多情况下是由两个或多个热膨胀系数不同的二相或多相材料组成，对此类热膨胀失配耐火材料的热震损伤机理尚缺少系统研究。本课题针对热膨胀失配耐火材料相界面微空间的热震稳定机理开展研究工作，拟通过Raman Mapping研究热震过程中相界面微空间应力场分布与热膨胀失配程度的关系，并以非线性弹性理论为基础对热膨胀失配界面的应力场进行模拟分析，进而深入研究相界面微空间应力分布与裂纹行为，揭示相界面微空间对热震稳定性的影响规律，阐明热膨胀失配的复合耐火材料体系热震损伤本质机理，为提高耐火材料抗热震稳定性提供理论依据。

按照项目计划的安排，针对热膨胀失配复相耐火材料相界面微空间的热震稳定机理开展研究工作，研究了不同基质相/分散相微结构特征、力学性能、成型与烧结工艺、界面结合特性、热膨胀失配类型与失配度等因素对热震过程中界面应力的影响关系，讨论了物相组成、微结构与热失配特征对复相耐火材料热震稳定性的影响规律；研究了多种分散相结构下耐火材料试样的粉料含量、成型条件、烧成温度等对抗热震性能的影响规律，研究了分散相结构对裂纹/微裂纹成核、扩展、钉扎、偏转等的影响规律，考察了分散相结构对热震应力耗散机制的影响；以Raman光谱技术研究了热震前后复相耐火材料热膨胀失配相界面微空间的局域应力对基质相与分散相介质谱线频移的影响，开展了相界面微空间局域应力场的逆向重构；以非线性弹性理论为基础对热膨胀失配界面的应力场进行模拟分析，研究了相界面微空间应力分布与裂纹行为，讨论了相界面微空间对热震稳定性的影响规律；开展了非均质界面Micro-Raman光谱与微区应力研究工作，利用电镜原位检测技术和基于Piezotronics与Piezo-photonics原理的微纳米应力敏感器件对耐火材料相界面及裂纹特征区域进行微观结构的原位表征，构筑了一系列微纳米应力传感器，实现了耐火材料相界面局域应力场的原位检测。迄今为止，本项目在国内外学术期刊发表研究论文全文17篇，其中SCI收录12篇，影响因子累计超过90，EI收录4篇，ISTP收录5篇，国内核心刊物2篇，有5篇重要的学术论文发表在材料学领域顶尖期刊Adv Mater和Nano Lett上；国际和国内学术会议报告5次；出版学术著作1部；申请国家发明专利3项。目前，该研究已经基本完成预定计划。