在鋼鐵冶金工業(yè)中，耐火材料是不可或缺的基礎(chǔ)材料。耐火材料一般是指耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料或者制品，主要用于煉鐵工業(yè)的高爐、轉(zhuǎn)爐、焦爐，煉鋼行業(yè)的轉(zhuǎn)爐、二次精煉爐、連鑄等，還用于水泥窯以及玻璃、有色金屬的窯爐等。在鋼鐵冶煉的過程中，耐火材料既要起到盛放鐵水和鋼水的容器作用，保證生產(chǎn)效率和使用壽命;又需要保證質(zhì)童穩(wěn)定不污染鋼水。近年來，隨著航空航天技術(shù)以及汽車、微電子等行業(yè)對于鋼鐵的強度、韌性和加工型等性能提出日益嚴格的要求，對于鋼鐵冶煉過程中使用的耐火材料的要求也隨之提高。在整個鋼鐵冶煉過程中，需要使用性能優(yōu)異的耐火材料，以避免鐵水或者鋼水的侵蝕造成耐火材料對于鋼鐵非金屬夾雜物或者有害元素O、P、S、N、H的污染。同時，需要采用環(huán)保的原料經(jīng)過合理優(yōu)化的設(shè)計，得到無污染、性能優(yōu)越、經(jīng)濟效益好和長壽的耐火材料，在提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益的同時，滿足綠色環(huán)保的要求。
剛玉(Al2O3)具備優(yōu)越的性能，且對環(huán)境無毒害污染，廣泛應用于耐火材料中Al2O3是一種兩性化合物，密度為3.94.0g/cm3，熔點為2050℃，沸點為2980℃，其硬度僅次于金剛石;Al2O3的具有多種晶型，α-Al2O3是所有氧化鋁晶體形態(tài)中最穩(wěn)定的晶型，屬于剛玉型結(jié)構(gòu)，三方晶系R-3C空間群，單胞是一個尖的菱面體。該結(jié)構(gòu)具有六方最密堆積的氧原子層，氧原子八面體空隙的2/3被金屬鋁原子填充。鋁原子被六個氧原子包圍，形成八面體的六配位型。
剛玉晶體屬于離子晶體，離子鍵力比較強。剛玉硬度高，導熱性能好，尤其是低溫時導熱性能更佳。介電常數(shù)小，絕緣電阻高。具有很好的透光性，是一種優(yōu)良的光學晶體材料。其化學性能穩(wěn)定，在常溫下不受酸喊腐蝕，不溶于水。不同金屬對剛玉的浸潤程度相差較大，鉛、鋅、鋁、銅以及某些鐵合金潤濕角大于90°，與鐵錳合金、鐵鉻合金、以及某些鈦合金潤濕角小于90°。但剛玉可與渣、玻璃、耐火材料等材料中的氧化物相互作用，形成化合物，因此剛玉材料容易被渣侵蝕。剛玉還存在斷裂強度低、抗熱展性能差、抗蠕變性能差等缺點，限制了其應用。
為改善Al2O3耐火材料的缺點，人們在Al2O3耐火材料中添加結(jié)合相或者原位合成增強相，制備出剛玉復合耐火材料。在上個世紀發(fā)展出了種類繁多的氧化物增強剛玉耐火材料，包括Al2O3-Cr2O3耐火材料、Al2O3-MgO耐火材料、Al2O3-ZrO2耐火材料等氧化物復合的耐火材料。但氧化物結(jié)合相存在熱膨脹系數(shù)較大、抗侵蝕性能較差的缺點，逐漸不能滿足日益增長的工業(yè)技術(shù)需求。C可改善Al2O3耐火材料的熱震穩(wěn)定性以及抗侵蝕性，人們將C添加到Al2O3耐火材料中，發(fā)展出Al2O3-C耐火材料，現(xiàn)今Al2O3-C耐火材料己經(jīng)廣泛應用于鋼鐵冶煉領(lǐng)域。
但是C在使用過程中存在易被氧化的問題，并且含碳材料的使用會造成鋼水的增碳，不能滿足現(xiàn)代潔凈鋼技術(shù)的生產(chǎn)要求。隨著陶瓷領(lǐng)域中的非氧化物如Si3N4、SiC的研究發(fā)展，尤其是1970年代Si-Al-O-N與Al-O-N體系中AlON與SiAlON的出現(xiàn)，非氧化物結(jié)合相逐漸應用到Al2O3耐火材料中，發(fā)展出Al2O3-Si3N4耐火材料，Al2O3-SiC耐火材料，以及Al2O3-SiAlON耐火材料等。
隨著金屬陶瓷技術(shù)的出現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)少量金屬在脆性的無機陶瓷或者耐火材料中，可起到改善脆性和微觀結(jié)構(gòu)的作用人們將金屬Al和Si添加到Al2O3耐火材料中，通過反應燒結(jié)原位合成SiAlON增強相，并且少量或者微量的殘余金屬可改善材料的脆性或抗氧化性等等性能，因此發(fā)展出新型的性能優(yōu)良的金屬-非氧化物-氧化物耐火材料。金屬與非氧化物結(jié)合的剛玉耐火材料將具備很大的應用潛能。氮化硅鐵中含有Si3N4和Fe-Si金屬間化合物，因此將氮化桂鐵引入到剛玉耐火材料中可制備出金屬-非氧化物-氧化物耐火材料，具有較大的理論和實際意義。
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