引入碳纖維對低碳鎂碳磚性能的影響

杜鵬 馬鳴雪

遼寧省檢驗檢測認證中心（遼寧省產品質量監督檢驗院） 遼寧沈陽 110000

1 試驗

1.1 試驗原料

本次探究碳纖維對低碳鎂碳磚性能的影響主要原料有大于98%，粒度為5-1 的電熔鎂砂；其次是大于98%，粒度小于30%的鱗片石墨；以及大于98%長度為25mm，半徑為5mm 的碳纖維。除此之外還包括抗氧化劑和液態酚醛樹脂結合劑等材料[1]。

1.2 試樣制作

通過試驗操作對比三組不同配方的碳纖維在低碳鎂碳磚的作用，其中試樣1 是沒有加入碳纖維的低碳鎂碳磚；試樣2 是在原有的低碳鎂碳磚配方中加入0．25%的碳纖維；試樣3 則是在原有的低碳鎂碳磚配方的基礎上加入了0．5%的碳纖維。分別對比三組試樣的區別。詳細見表1：

表1 三組試樣差異對比（%）

根據表1 中的配方進行三種不同的低碳鎂碳磚的制作。（1）將電熔鎂顆粒細粉和抗氧化劑以及碳纖維三種原料進行攪拌，讓碳纖維在電熔鎂顆粒細粉中充分均勻分散，（2）按照按骨料→酚醛樹脂→鱗片石墨→預混合粉的順序依次將這些材料加入到器械中，進行30 分鐘左右的混煉。（3）通過專業的摩擦壓力機將混煉完成后的材料制作成一定規格的標磚。（4）將標磚放在200°左右的隧道窯中進行固化，使之成型。（5）等到標磚冷卻成型后將其切割成一定規模的試樣，并放置在一定環境中干燥。（6）部分干燥完成后將試樣在焦炭條件下進行1100 和1700℃的熱處理，基本時長為3 小時左右[2]。

1.3 性能測試

在低碳鎂碳磚性能的測試中，技術人員應按照相應的標準檢測，將經過專業熱處理后的試樣的進行檢測。主要檢測試樣的顯氣孔率和體積密度；常溫耐壓強度以及線變化率。并且測試烘干后試樣的高溫抗折強度。操作方法如下，將試樣在電隨爐中，分別進行不同溫度的測試。測試完成后檢查試樣的質量損失率，試樣剖面的氧化層厚度，以及試樣的抗氧化性能。

其次通過常用的水急冷法對試樣進行熱震測試。將試樣放置在1100℃左右的水冷熱震多次后，對比分析試樣的長文抗折強度。并通過專業計算比較試樣的強度保持率和試樣的抗熱震性能。最后在埋碳還原氣氛中，測試試樣的正常溫度到1700℃升溫過程中的熱膨脹性能，還要采用超聲波儀器測試試樣的常溫彈性模量，結合電子顯微鏡分析碳纖維的結構[3]。

2 結果分析

2.1 試驗結果

通過對三組試樣的一系列專業操作后對試樣的常規物理性能進行分析比較發現：與試樣1 未加入碳纖維相比，試樣2 添加了0．25%(w)的碳纖維后低碳鎂碳磚的顯氣孔率和體積密度沒有明顯變化，但是其高溫處理后的強度有所升高。試樣3 的低碳鎂碳磚的碳纖維增加到了0．5%(w)后，低碳鎂碳磚的綜合性能有所下降。詳細見表2

表2 三組試樣的常規物理性能對比（%℃）

2.2 分析

通過試驗的數據可看出將碳纖維引入低碳鎂碳磚的應用，低碳鎂碳磚的材料在不同溫度的處理中材料的強度明顯增強，并且抗熱震性能顯著提高。這是由于碳纖維具有較強的拉伸性和韌性，能彌補材料斷裂的不足。另外碳纖維能發揮裂紋偏轉、橋連、增強韌性等作用。并且碳纖維還具有良好的導熱性能，能有效降低高溫線膨脹率，提高材料的抗熱震性能。

3 結語

綜上，在低碳鎂碳磚中引入碳纖維提高低碳鎂碳磚的抗氧化性和強度，同時降低其彈性模量和高溫膨脹線率，提高抗熱震性能。通過試驗可看出在低碳鎂碳磚中加入0．25%的碳纖維最為適宜，當含量增加到0．5%時，就會影響其性能。因此綜合試驗數據表明，在低碳鎂碳磚中引入含量為0．25%的碳纖維最佳。