有机先驱体聚碳硅烷对低碳铝碳材料结构与性能的影响

发布时间：2020-07-24 16:06

【摘要】：碳复合耐火材料由于其优异的抗热冲击性和抗渣性而广泛用于连铸和炉外精炼等系统。近年来,随着洁净钢的发展和低碳环保理念的推广,传统碳复合耐火材料碳含量高的问题日益突显。例如钢水增碳、热损失大和石墨资源消耗量大以及CO_2等温室气体排放等,因此低碳化是碳复合耐火材料发展的必然趋势。简单降低碳含量,引起材料热导率降低、热膨胀增加,导致材料的抗热震性和抗渣性大幅下降,影响材料的使用效果。碳复合耐火材料碳源包括组分碳和结合碳,结合碳对含碳材料尤其是低碳材料的结构和性能具有重要影响。为此本课题从改性含碳材料结合剂的角度出发,采用聚碳硅烷(PCS)为添加剂,研究了聚碳硅烷类型、添加量和热处理温度对酚醛树脂热解及低碳铝碳耐火材料的显微结构与力学性能的影响,并探讨了聚碳硅烷热解在还原气氛下生成含Si纤维的生长机理。主要结果如下:(1)聚碳硅烷通过交联固化生成不溶不熔的三维网络结构。将PCS引入酚醛树脂后,在热处理过程中,PCS与树脂反应,改变树脂结合碳的形貌和结构。结合碳由各向同性的致密玻璃碳结构转变为疏松多孔的结构,PCS起到了树脂改性的作用。当热处理温度高于1400℃时,结合碳内部有大量含Si纤维生成。(2)固态聚碳硅烷(SPCS)反应活性较低,微量加入低碳铝碳材料中,随着SPCS加入量提高,材料强度先下降后升高。当SPCS含量为0.6 wt%,热处理为950℃时,试样常温抗折强度、高温抗折强度和热震后残余抗折强度较高。1550℃热处理后,试样常温抗折强度、高温抗折强度最佳,热震后残余抗折强度最佳,强度保持率略有下降。(3)液态超支化聚碳硅烷(LPCS)具有较好的流动性和更多的活性反应基端,与酚醛树脂反应更为剧烈,结合碳结构转变为更为疏松多孔的结构。随着热处理温度升高,LPCS完成有机-无机转变后,裂解产物由无定形态SiC_xO_y三维网络转变为含Si陶瓷纤维。本实验条件下,1550℃热处理后,试样常温、高温抗折强度最佳,热震后残余强度最高,低碳铝碳材料综合性能最佳。(4)SPCS和LPCS微量加入低碳铝碳材料中,聚碳硅烷与酚醛树脂反应,结合碳结构由致密的玻璃碳结构转变为多孔结构,试样显气孔率增加,与氧气接触面积增大,抗氧化性下降。聚碳硅烷裂解产物SiC_xO_y可以起到一定的抗氧化剂作用,由于加入量较低,作用不明显。
【学位授予单位】：中钢集团洛阳耐火材料研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ175.1

【参考文献】