中美联合研发耐高温高强纳米陶瓷新材料

日前，今日材料（materialstoday）在线发表了中美联合研究团队开发的一种制备空心纳米陶瓷颗粒的新方法，实现了截至目前厘米级宏观尺度硬质材料的*低导热系数。论文以“高强绝热达1400℃空心颗粒泡沫陶瓷”为题，链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.02.003

该通过利用耐火陶瓷的高温稳定性，开发了一种制备空心纳米颗粒材料的新方法，以实现宽温度范围内的热超绝缘，其中气体孔隙主要孤立于单个颗粒内，其大小与空气分子的平均自由程相当利用Knudsen效应降低热传导。这种中空多晶Voronoi泡沫陶瓷导热系数0.016 W/（m⋅K），厘米级样品还具有超高的抗压强度（251 MPa），抗弯抗拉强度高达100 MPa，以及在空气中高达1400 C的优异热稳定性，这是由于孔隙的单分散性延迟了粗化。

科研团队成员来自清华大学材料科学与工程学院新型陶瓷与精细加工国家重点实验室、同济大学材料科学与工程学院、肯塔基大学化学与材料工程系、美国佛罗里达大学先进材料加工与分析中心材料科学与工程系、美国麻省理工学院核科学与工程系和材料科学与工程系。

在耐火材料领域，河南华西科技集团牵头与北京科技大学、美国TRE公司、加拿大MZ公司等单位成立“炼铁高炉长寿一体化新技术国际联盟”。该联盟从1998年开始研究高炉长寿内衬用耐火材料，从金属塑性相工艺、过渡塑性相工艺、金属-氧化物-非氧化物复合材料三个方面进行了深入的研究，并建立三个新材料体系及新工艺理论：金属-非氧化物复合材料体系；氧化物-非氧化物复合材料体系；金属-氧化物-非氧化物复合材料体系。

成功利用金属（Si/Al)的延展性实现塑性成型，利用高炉内的氮化及还原气氛实现使用中原位合成高温增强相（Si3N4/SiAlON),与非氧化物基材形成*的镶嵌结构，同时实现了优异的抗化学侵蚀性能，使用过程中具有自修复功能，良好的抗热震性能；

华西科技研发出第三代高炉炉缸结构耐材配置---全炉浇注结构，该结构采用了耐高温、抗渣铁侵蚀、耐热震、抗冲刷的HX系列溶胶结合塞隆碳氮复合浇注料；所有材料均不添加水泥，以高纯致密刚玉、碳化硅为主要原料，添加氧化锆、氮化硼、ɑ-Al2O3、Si3N4等多种超微粉基质材料，以美国TRE进口硅溶胶为结合剂，加入少量速凝剂，保证强度的同时，减少浇注料的杂质含量。高温下形成塞隆结构，耐侵蚀性能更高，大大提高了高炉的使用寿命。

华西科技这种全炉浇注的炉型结构近几年已经在国内新建的大中型高炉上开始设计和推广，如中冶赛迪日钢新建3000m3高炉、中钢通才新建1280m3高炉、中冶京诚临沂联合新建2800m3高炉、山东石横新建1350m3*2高炉等。

华西科技将继续致力打造国际化的新材料技术合作研发平台，为国际新建大型高炉长寿内衬新技术的创新发展而不懈努力！

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