Investigación sobre la aplicación de materiales nanocarbono como el grafeno en refractarios - empaquetadora de grafito PUDA

2 La influencia de los materiales de nanocarbono en los refractarios de múltiples carbonos

La fuente de carbono citada en los refractarios tradicionales que contienen carbono es principalmente grafito. Según la cantidad de grafito, se divide en refractarios multi-carbono y refractarios bajos en carbono. En general, se cree que los refractarios que contienen carbono con un contenido de grafito no superior al 8% se convierten en refractarios con bajo contenido de carbono, y los refractarios que contienen carbono con un contenido de grafito superior al 8% se convierten en refractarios de múltiples carbonos.

Los estudios han demostrado que la introducción de grafito puede aumentar la resistencia al choque térmico y la resistencia a la corrosión de los productos refractarios. Sin embargo, si el contenido de grafito es demasiado alto, la resistencia a la oxidación de los productos refractarios empeorará. El grafito interactuará con el aire durante el uso a alta temperatura. El oxígeno reacciona para generar gases CO y CO2, que aumentan la porosidad de los productos refractarios, reducen la resistencia a la corrosión de los materiales refractarios y, por lo tanto, reducen la vida útil de los materiales refractarios; exceso de carbono en el proceso de fabricación de acero, aumentará el contenido de carbono en el acero fundido, que es un factor influyente que no favorece la producción de acero con bajo contenido de carbono y acero limpio; el proceso de pérdida de carbono va acompañado de una gran cantidad de pérdida de calor, lo que no favorece el ahorro de energía ni la reducción de emisiones en el proceso de fabricación de acero, y aumenta el coste de producción de la fabricación de acero. . Sin embargo, si el contenido de grafito se reduce solo, la resistencia al choque térmico y la resistencia a la corrosión de los productos refractarios se reducirán en gran medida. No favorece la conservación de las propiedades refractarias.

Los nanotubos de carbono y el grafeno en nanomateriales de carbono se descubrieron por primera vez en 1991 y 2004, respectivamente. Debido a sus propiedades únicas, han atraído la atención de muchos estudiosos. Al mismo tiempo, se espera que mejoren las propiedades mecánicas de los refractarios con bajo contenido de carbono. Fuente de carbono. Muchos académicos han estudiado la influencia de los materiales de nanocarbono en las propiedades de los materiales refractarios en el contexto de múltiples carbonos y han obtenido muchos resultados. Por ejemplo, Zhu et al. usó nanotubos de carbono para reemplazar parcial o completamente el grafito en escamas y usó el mismo proceso de preparación para preparar refractarios de magnesio-carbono. Y estudió las diferencias en la microestructura, las propiedades mecánicas y la resistencia al choque térmico de los refractarios de magnesia-carbono con nanotubos de carbono como fuente de carbono y grafito en escamas como fuente de carbono. Los experimentos muestran que cuando se utilizan nanotubos de carbono como fuente de carbono y se sinterizan a 1000 ° C y 1400 ° C, exhiben propiedades mecánicas más altas que las fuentes de carbono de grafito. Este resultado muestra que los nanotubos de carbono se utilizan como fuente de carbono para ser añadidos a los productos refractarios de magnesia-carbono. Los productos refractarios de magnesia-carbono pueden reforzarse y endurecerse. Para la comparación de la resistencia al choque térmico de los refractarios de magnesia-carbono, también muestra un mejor rendimiento que el grafito en escamas. La resistencia al choque térmico de los refractarios de magnesia-carbono con un 5% de nanotubos de carbono es equivalente a la de los refractarios de magnesia-carbono con un 10% de grafito en escamas.

QinghuWang y col. prepararon refractarios de Al2O3-C que contienen nanohojas de óxido de grafeno (GON) con aluminio, silicio y SiO2 como aditivos. Los resultados mostraron que, en comparación con los refractarios de Al2O3-C sin GON, los refractarios de Al2O3-C dopados con GON, el módulo de ruptura de temperatura normal (CMOR) del material GG, el módulo de flexión (E), las curvas de fuerza y ​​desplazamiento y otras propiedades mecánicas han sido mejorados. Esta mejora se atribuye al efecto de fortalecimiento de las GON a 800 ℃ y al efecto de fortalecimiento sinérgico con las escamas de grafito y la formación de bigotes in situ a 1000 ~ 1400 ℃. La tabla 1 muestra los datos específicos del experimento.

Tabla 1 Módulo de ruptura a temperatura ambiente y módulo de flexión de diferentes cantidades de muestras de nanoplacas de óxido de grafeno cocidas a diferentes temperaturas

Tianbin Zhu y col. estudiaron los efectos de las nanohojas de óxido de grafito (GONS), los nanotubos de carbono (CNT) y el negro de carbón (CB) sobre la evolución de la microestructura, las propiedades mecánicas y las propiedades termomecánicas de los refractarios de magnesia-carbón. Se compara con los refractarios tradicionales de magnesia-carbono que contienen un 10% de grafito en escamas preparado en las mismas condiciones. Por la existencia de nanocarbono y la formación in situ de fase cerámica en MA. El componente que contiene nanotubos de carbono tiene un módulo de ruptura en frío más alto después de la coquización a 1000 ° C y 1400 ° C, y la adición de nanocarbono mejora la resistencia al choque térmico del material.

AtulVMaldhure y col. utilizó nitrato de níquel como catalizador y resina fenólica como aglutinante para estudiar el efecto de la síntesis in situ de nanotubos de carbono sobre las propiedades de los refractarios de magnesio-aluminio-carbono. Los experimentos muestran que el nitrato de níquel al 3% puede catalizar la modificación y reordenación estructural de la resina fenólica en el proceso de tratamiento térmico para formar nanotubos de carbono, y la síntesis in situ de nanotubos de carbono mejora las propiedades mecánicas de los productos refractarios de magnesio-aluminio-carbono. Las resistencias a la compresión a temperatura ambiente a 800, 1000 ℃, 1200 ℃ y 1400 ℃ se incrementan en un 10,15%, 30,75%, 41,09%, 25,62% respectivamente. Al mismo tiempo, la densidad volumétrica del producto aumenta y la porosidad disminuye, dando como resultado una mejora adicional de la resistencia a la oxidación de los productos refractarios de magnesio-aluminio-carbono.

Guo Wei y col. utilizó ferroceno como catalizador y resina fenólica como aglutinante para estudiar el efecto de la adición de ferroceno en el rendimiento de los refractarios de aluminio-carbono. El experimento mostró que la adición de ferroceno debe estar en el rango de 0-2%, especialmente después del tratamiento térmico a 1000 ° C, es beneficioso mejorar las propiedades mecánicas del producto, y porque la adición de ferroceno cataliza la resina fenólica. En el proceso de tratamiento térmico, el interior del producto forma nanomateriales de carbono in situ, y los nanomateriales de carbono formados in situ ayudan a que reaccione con el aditivo Si para formar bigotes de β-SiC, lo que mejora aún más la resistencia del refractario de aluminio-carbono. Sin embargo, la adición de catalizador no puede cambiar la resistencia a la oxidación de los refractarios de aluminio-carbono.

En el contexto del multi-carbono, las propiedades mecánicas de los materiales refractarios pueden mejorarse sin importar si los nanomateriales de carbono se agregan directamente o si los nanomateriales de carbono se sintetizan in situ. Después del tratamiento térmico, los materiales de grafito y nanocarbono mejoran conjuntamente las propiedades mecánicas de los materiales refractarios. Cuando se agrega un determinado antioxidante a los productos refractarios, es más probable que los materiales de nanocarbono interactúen con los bigotes de cerámica con ciertas propiedades antioxidantes y mejoren aún más las propiedades refractarias. tenacidad. Debido a la existencia de ciertos defectos en los materiales de nanocarbono, es probable que ocurra oxidación y alteración estructural, lo que da como resultado materiales de nanocarbono que no pueden reemplazar completamente el grafito como fuente de carbono bajo un fondo de múltiples carbonos, y el efecto de reemplazar parcialmente el grafito como fuente de carbono es relativamente bueno.

Sin embargo, en el contexto del multi-carbono, cuando los nanomateriales de carbono se agregan directamente, la investigación sobre el mecanismo de cambio de estructura de los nanomateriales de carbono con el aumento de la temperatura sigue siendo oscura, especialmente a temperaturas superiores a 1400 ℃, la investigación no ha sido involucrado demasiado. En diferentes atmósferas, como la influencia de la atmósfera oxidante y la atmósfera reductora en los materiales de nanocarbono, la investigación mencionada anteriormente no ha realizado una investigación específica. El proceso de introducción de materiales de nanocarbono mediante el método de crecimiento in situ puede catalizar hasta cierto punto el mecanismo de reflexión concreta de los bigotes de la fase cerámica, y necesita más discusión.

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