引入碳纤维对低碳镁碳砖性能的影响

杜鹏 马鸣雪

辽宁省检验检测认证中心（辽宁省产品质量监督检验院） 辽宁沈阳 110000

1 试验

1.1 试验原料

本次探究碳纤维对低碳镁碳砖性能的影响主要原料有大于98%，粒度为5-1 的电熔镁砂；其次是大于98%，粒度小于30%的鳞片石墨；以及大于98%长度为25mm，半径为5mm 的碳纤维。除此之外还包括抗氧化剂和液态酚醛树脂结合剂等材料[1]。

1.2 试样制作

通过试验操作对比三组不同配方的碳纤维在低碳镁碳砖的作用，其中试样1 是没有加入碳纤维的低碳镁碳砖；试样2 是在原有的低碳镁碳砖配方中加入0．25%的碳纤维；试样3 则是在原有的低碳镁碳砖配方的基础上加入了0．5%的碳纤维。分别对比三组试样的区别。详细见表1：

表1 三组试样差异对比（%）

根据表1 中的配方进行三种不同的低碳镁碳砖的制作。（1）将电熔镁颗粒细粉和抗氧化剂以及碳纤维三种原料进行搅拌，让碳纤维在电熔镁颗粒细粉中充分均匀分散，（2）按照按骨料→酚醛树脂→鳞片石墨→预混合粉的顺序依次将这些材料加入到器械中，进行30 分钟左右的混炼。（3）通过专业的摩擦压力机将混炼完成后的材料制作成一定规格的标砖。（4）将标砖放在200°左右的隧道窑中进行固化，使之成型。（5）等到标砖冷却成型后将其切割成一定规模的试样，并放置在一定环境中干燥。（6）部分干燥完成后将试样在焦炭条件下进行1100 和1700℃的热处理，基本时长为3 小时左右[2]。

1.3 性能测试

在低碳镁碳砖性能的测试中，技术人员应按照相应的标准检测，将经过专业热处理后的试样的进行检测。主要检测试样的显气孔率和体积密度；常温耐压强度以及线变化率。并且测试烘干后试样的高温抗折强度。操作方法如下，将试样在电随炉中，分别进行不同温度的测试。测试完成后检查试样的质量损失率，试样剖面的氧化层厚度，以及试样的抗氧化性能。

其次通过常用的水急冷法对试样进行热震测试。将试样放置在1100℃左右的水冷热震多次后，对比分析试样的长文抗折强度。并通过专业计算比较试样的强度保持率和试样的抗热震性能。最后在埋碳还原气氛中，测试试样的正常温度到1700℃升温过程中的热膨胀性能，还要采用超声波仪器测试试样的常温弹性模量，结合电子显微镜分析碳纤维的结构[3]。

2 结果分析

2.1 试验结果

通过对三组试样的一系列专业操作后对试样的常规物理性能进行分析比较发现：与试样1 未加入碳纤维相比，试样2 添加了0．25%(w)的碳纤维后低碳镁碳砖的显气孔率和体积密度没有明显变化，但是其高温处理后的强度有所升高。试样3 的低碳镁碳砖的碳纤维增加到了0．5%(w)后，低碳镁碳砖的综合性能有所下降。详细见表2

表2 三组试样的常规物理性能对比（%℃）

2.2 分析

通过试验的数据可看出将碳纤维引入低碳镁碳砖的应用，低碳镁碳砖的材料在不同温度的处理中材料的强度明显增强，并且抗热震性能显著提高。这是由于碳纤维具有较强的拉伸性和韧性，能弥补材料断裂的不足。另外碳纤维能发挥裂纹偏转、桥连、增强韧性等作用。并且碳纤维还具有良好的导热性能，能有效降低高温线膨胀率，提高材料的抗热震性能。

3 结语

综上，在低碳镁碳砖中引入碳纤维提高低碳镁碳砖的抗氧化性和强度，同时降低其弹性模量和高温膨胀线率，提高抗热震性能。通过试验可看出在低碳镁碳砖中加入0．25%的碳纤维最为适宜，当含量增加到0．5%时，就会影响其性能。因此综合试验数据表明，在低碳镁碳砖中引入含量为0．25%的碳纤维最佳。