·262· 工程科学学报，第40卷，第3期 晶须使基体所受应力得以分散，降低了破坏作用 而当试样受热应力的作用而产生的裂纹尺寸比较小 时，晶须则起到了桥连作用，抑制裂纹的继续扩张： 当随着裂纹的增大，裂纹尖端处的晶须进一步被破 坏，晶须从基体中被拔出来而消耗能量，此时的拔出 效应将赋予镁碳砖较高的高温力学性能. 2.3.3在镁碳砖内生成或加入纳米碳 碳纳米管是近年来出现的新材料，力学性能非 常突出，所以，在镁碳砖高温抗折强度提升和微结构 改善方面，一些学者通过引入催化剂等方式在材料 中形成碳纳米管，得到了较好的效果.像Wi等侧 通过引入F纳米片来改性酚醛树脂和制备低碳镁 图171400℃热处理后试样的AN电镜照片网 碳砖.研究发现，掺杂0.5%质量分数的镁碳砖在 Fig.17 SEM image of AlN after heat treatment at 1400C S004-124N 图181400℃热处理后试样的S,N4(a)和SiC(b)电镜照片倒 Fig.18 SEM images of Sia N (a)and SiC (b)after heat treatment at 1400C 1000℃下产生大量直径为50~100nm,长度为微米 级的碳纳米管.相较于未掺杂Fe纳米片的试样，高 温抗折强度从8.29MPa增加至10.29MPa,幅度约 为24%，达到了最高值. 大量碳纳米管的存在将Mg0颗粒牢固地联锁 住，如图19所示.当应力在空白试样上施加时，裂 纹开始出现在指定的试样的表面，并随后沿Mg0晶 粒边界在基质传播，直到试样完全被破坏（如图20 (a)).对于掺杂0.5%的试样来说，当裂纹通过 MgO颗粒时，碳纳米管由于其强度高，韧性好，可以 通过桥接和裂纹偏转机制吸收和释放裂纹尖端处的 图191000℃烧成后的低碳镁碳砖的扫描电镜图网 应力（如图20(b)). Fig.19 SEM images of low-earbon MgO-C refractories (SAF0.5) 除在镁碳砖中形成碳纳米管外，还有引入纳米 cooked at1000℃[g 碳来改善镁碳砖的微观结构、提升材料的高温抗折 分数添加量时)，且在纳米碳进一步增加时保持恒 强度，像Bag等0在质量分数3%石墨添加量的基 定，如图21.通过进一步分析发现，随着纳米碳的含 础上，通过引入不同比例的纳米碳与石墨组合使用， 量增加，填充和压实效果更好些.同时，纳米碳具有 发现高温抗折强度(HMOR)随着纳米碳含量的增加 非常高的反应性，在与金属添加剂接触时能以更高 而增加，其值从2.5MPa增加到4.5MPa(0.9%质量 的速率形成碳化物，结合力更强，强度更高.工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 晶须使基体所受应力得以分散，降低了破坏作用． 而当试样受热应力的作用而产生的裂纹尺寸比较小 时，晶须则起到了桥连作用，抑制裂纹的继续扩张; 当随着裂纹的增大，裂纹尖端处的晶须进一步被破 坏，晶须从基体中被拔出来而消耗能量，此时的拔出 效应将赋予镁碳砖较高的高温力学性能． 2. 3. 3 在镁碳砖内生成或加入纳米碳 碳纳米管是近年来出现的新材料，力学性能非 常突出，所以，在镁碳砖高温抗折强度提升和微结构 改善方面，一些学者通过引入催化剂等方式在材料 中形成碳纳米管，得到了较好的效果． 像 Wei 等［49］ 通过引入 Fe 纳米片来改性酚醛树脂和制备低碳镁 碳砖． 研究发现，掺杂 0. 5% 质量分数的镁碳砖在 图 17 1400 ℃热处理后试样的 AlN 电镜照片［48］ Fig． 17 SEM image of AlN after heat treatment at 1400 ℃［48］ 图 18 1400 ℃热处理后试样的 Si3N4 ( a) 和 SiC ( b) 电镜照片［48］ Fig． 18 SEM images of Si3N4 ( a) and SiC ( b) after heat treatment at 1400 ℃ ［48］ 1000 ℃下产生大量直径为 50 ～ 100 nm，长度为微米 级的碳纳米管． 相较于未掺杂 Fe 纳米片的试样，高 温抗折强度从 8. 29 MPa 增加至 10. 29 MPa，幅度约 为 24% ，达到了最高值． 大量碳纳米管的存在将 MgO 颗粒牢固地联锁 住，如图 19 所示． 当应力在空白试样上施加时，裂 纹开始出现在指定的试样的表面，并随后沿 MgO 晶 粒边界在基质传播，直到试样完全被破坏( 如图 20 ( a) ) ． 对于 掺 杂 0. 5% 的 试 样 来 说，当 裂 纹 通 过 MgO 颗粒时，碳纳米管由于其强度高，韧性好，可以 通过桥接和裂纹偏转机制吸收和释放裂纹尖端处的 应力( 如图 20( b) ) ． 除在镁碳砖中形成碳纳米管外，还有引入纳米 碳来改善镁碳砖的微观结构、提升材料的高温抗折 强度，像 Bag 等［50］在质量分数 3% 石墨添加量的基 础上，通过引入不同比例的纳米碳与石墨组合使用， 发现高温抗折强度( HMOＲ) 随着纳米碳含量的增加 而增加，其值从 2. 5 MPa 增加到 4. 5 MPa( 0. 9% 质量 图 19 1000 ℃烧成后的低碳镁碳砖的扫描电镜图［49］ Fig． 19 SEM images of low-carbon MgO--C refractories ( SAF0. 5) cooked at 1000 ℃ ［49］ 分数添加量时) ，且在纳米碳进一步增加时保持恒 定，如图 21． 通过进一步分析发现，随着纳米碳的含 量增加，填充和压实效果更好些． 同时，纳米碳具有 非常高的反应性，在与金属添加剂接触时能以更高 的速率形成碳化物，结合力更强，强度更高． · 262 ·