MgO-CaO-ZrO2系复合耐火材料研究现状
发布日期： 2020-06-08 10:36:50 阅读量（381） 作者：环保意识的日益增强使得一些性能优良但是对人体和环境可能产生不利影响的传统耐火材料受到挑战。近年来，很多学者提出了环保型耐火材料的新概念。MgO-CaO-ZrO2耐火材料是近年来研发的用于钢包和水泥回转窑内衬的新材质。
关于镁钙锆耐火材料的研究，当前国际上ZrO2添加量高达10%，由此引发的高成本问题一直存在，国内科研工作者对镁钙锆耐火材料烧结、显微结构和性能的研究主要通过添加粗颗粒或ZrO2微粉的方法进行。
姬莹莹等以烧结镁砂和单斜氧化锆粉为原料进行MgO-ZrO2复合材料的制备，探讨了ZrO2的用量对MgO-ZrO2复合材料烧结和热震稳定性的影响。结果表明：随着ZrO2用量的增加，试样的致密度和常温抗折强度先增大后减小，热震稳定性先变好后变差;当ZrO2用量为30%时，试样的烧结性能和热震稳定性最好。
王宏联等研究了在镁钙质耐火材料中ZrO2的引入量和引入方式对试样烧结性和抗水化性的影响。研究表明：引入12%的ZrO2时，镁钙砖具备最好的抗水化性;以凝胶方式引入ZrO2的试样比以纳米方式引入ZrO2的试样具备更优异的综合性能。
王健东等研究了纳米ZrO2和脱硅ZrO2对于合成MgO-CaO-ZrO2材料烧结性能的影响，研究表明：以脱硅ZrO2的方式引入时，MgO-CaO-ZrO2材料烧结性能更优异;随着脱硅ZrO2用量的增大，CaZrO3生成量增多，方镁石与CaZrO3直接结合导致材料的使用性能得到显著提高;随着烧结温度的不断提高，CaZrO3晶粒发育越加完善，与方镁石晶体的结合愈加紧密。
Lucaiyun等研究了ZrO2颗粒度对MgO-CaO耐火材料性能的影响。研究认为：ZrO2粗颗粒的引入增大了镁钙砖的气孔率，降低了其弹性模量，同时，CaO与ZrO2发生反应，生成CaZrO3时产生较大的体积膨胀，使得砖内部产生微裂纹阻碍了大裂纹扩展，从而提高了其热震稳定性。
综上所述，MgO-CaO-ZrO2材料具备高度相容、优良的抗化学侵蚀性和热震性稳定性等显著特点。但也存在一系列问题：MgO-CaO-ZrO2材料中CaO与ZrO2分散不均会导致材料膨胀不均匀，造成材料开裂，劣化材料的性能;若CaO与ZrO2高度均匀分散，但存在不完全反应，则会有f-CaO存在，易使材料发生水化反应，所以它的使用是有限制的。虽然防止CaO水化的技术层出不穷，但目前来看，水化现象仍然是不可避免的。许多研究工作者选用了钙稳定化合物的方法，不仅没有损害CaO的性质还获得极好的成效，其中CaZrO3是应用最成功的钙稳定化合物。
由于MgO和CaZrO3之间可形成所谓弹性直接结合，而且锆酸钙(CaZrO3)是CaO-ZrO2体系中的一种热力学稳定化合物，具有熔点高、质子导电性、抗热震性优良等诸多优良特性，是制备先进粉体的重要原料。制备CaZrO3粉体的方法有固相反应法、水热法、沉淀法、化学反应法、熔盐法等。其中，固相反应法是最简单易行的方法。合成CaZrO3材料的影响因素有：原料种类、成型压力、烧结温度等。
近年来，越来越多国内外科学工作者对CaZrO3材料的研究应用进行了深入探讨。其中，有关MgO-CaZrO3或MgO-CaO-ZrO2体系材料的研究，主要是利用CaZrO3的优良特性来获得具备优异抗热震性和抗碱性钢渣侵蚀性的MgO基MgO-CaZrO3耐火材料。
张燕等以白云石-氧化锆和氧化镁-氧化锆为原料制备了MgO-CaZrO3和MgO-ZrO2复合物。结果表明：这些复合物(特别是MgO-CaZrO3)具有较好的烧结、机械和耐火性能，可以在高温环境下使用。
JacekSzczerba等以天然白云石和氧化锆为原料，采用一次和二次烧结制备CaZrO3-ZrO2材料。一次合成反应研究表明：在低温合成时，杂质参与反应会生成4CaO·Al2O3·Fe2O3或者2CaO·Fe2O3过渡相。二次烧结反应研究表明：1200℃预烧后，再经1500℃烧制的CaZrO3-ZrO2材料，可以达到CaZrO3-ZrO2材料理论体积密度的95%;如果延长保温时间，1400℃烧制的试样即可获得相当致密的CaZrO3-ZrO2材料。
因此提出先预合成CaZrO3，再将CaZrO3、适量的单斜m-ZrO2与烧结MgO材料复合，制备出MgO-CaZrO3-ZrO2复合材料。可解决MgO-CaO-ZrO2复合材料中CaO和ZrO2反应不完全、CaO易水化问题，同时避免了合成CaZrO3时产生的体积效应对复合材料的影响，充分发挥了各相材料的性能优势，使其具备优良的抗钢渣侵蚀性和热震稳定性。
低水泥浇注料因其具备优异的耐火、耐侵蚀和耐磨性能，广泛应用于钢包内衬。但是，在某些情况下，振动的施加是比较困难或不可行的。无振动低水泥浇注料-自流浇注料因其卓越性能显现出很大优势，在国内外很受欢迎。
因此，MgO-CaZrO3-ZrO2自流浇注料有望成为钢包内衬无碳化和水泥回转窑无铬化的新型材料，现已为国内外学者广泛关注。
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