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【用（yòng）戶成果】眼見為實（shí）：高溫接觸角揭（jiē）示Al₂O₃-TiO₂改性鎂砂的界麵行為（wéi）與性能提升機製

武漢科技大學（xué）李亞偉教授團隊在期刊《Ceramic International》上發表了的論文。研究了添加不（bú）同含量的 Al2O3–TiO2複合粉體，對（duì）含遊離CaO雜質的鎂砂的物相演變與微觀結構的影響，並分析了最終協同提升其抗水化性、抗熱震性和抗渣滲透性的效果。

2026-04-27

DOI：10.1016/j.ceramint.2022.10.024

武漢科技大學（xué）李亞偉教（jiāo）授團隊（duì）在（zài）期刊（kān）《Ceramic International》上發表了題為“Enhanced performance of free CaO impurity containing magnesia with Al₂O₃–TiO₂ composite powder”的論文。研（yán）究了（le）添加不同含量的 Al₂O₃–TiO₂複合粉體，對含遊離CaO雜質的鎂砂的物相演變與微觀結構的影響，並分析了最終協同提升其抗水化性、抗熱震性和抗渣滲透性的效果。

研究背景（jǐng）

鎂砂（shā）(Magnesia, MgO)是鋼鐵冶煉爐（lú）（如轉爐、鋼包）內襯的核心耐火材料，優點在（zài）於（yú）熔點（diǎn）高、耐堿性渣侵蝕。中國利用（yòng）隱晶質菱鎂礦生產的鎂砂，雖（suī）然化學純度高，但含有遊離（lí）氧化鈣雜質。這會導致抗水化性差、抗熱震（zhèn）性差、及抗渣滲透性差等三大問題。本（běn）研究提出一種新方法在鎂砂製備過程（chéng）中，加入 Al₂O₃-TiO₂ 複（fù）合粉體，同時改善以上三種性能缺陷。

研究方法

◆ 材料配方：

輕燒鎂粉（含0.97 wt% CaO）+ Al₂O₃-TiO₂複合粉體（等摩爾比）。複合粉體添加量分別為0 wt%, 1 wt%, 3 wt%, 5 wt%, 7 wt%。

◆ 工（gōng）藝：球磨混合→ 壓製成型 → 1600°C 燒（shāo）結3小時。

◆ 原位表征（zhēng）

1)抗水化（huà）性（xìng）：持續顯著提升。重量增重率從MAT0的0.212%降至MAT3的 0.107% ，之後基本不（bú）變。

2)抗熱震性：持續提升。殘餘強度比率從MAT0的15.1%提升至MAT7的 33.2%。

3)抗渣滲透性：量化膨脹指數RSI先升後降，在3 wt%添加量時最佳。滲透（tòu）層厚度：MAT0為78 μm → MAT3降至33 μm → MAT7升（shēng）至66 μm。

階段一：添加量從0%-3%(性能提升)

接觸角增大：實驗測量（liàng）發現，添加複合粉體後，熔渣與試樣（yàng）的（de）接觸角從13.8° (MAT0) 顯著增大，更（gèng）大的接觸角意味著渣更難潤濕和滲透固體。

階段二：添加量從3→7 wt% (性能下降)

接觸（chù）角減小：實驗測量發現，從MAT3到MAT7，接觸角開始（shǐ）下降，更小的接觸角意味著渣更容易鋪展和滲透。

使用天津中（zhōng）環電爐的可視化高溫接觸角測試儀TA-Z16B01記錄樣品隨溫度升高，表麵的熔（róng）渣形態和接觸（chù）角的變化過程（chéng）。

研究結果

添加Al₂O₃-TiO₂後，有害的遊離CaO轉化為高穩定的（de）CaTiO₃；過量添加則會（huì）生成（chéng）複合尖晶石。抗水化性和（hé）抗熱震性隨添加量增加而（ér）持續（xù）提升。抗渣滲透性呈先升後（hòu）降趨勢，綜合來（lái）看，添加 3 wt% Al₂O₃-TiO₂ 的鎂砂綜合性能最優（yōu）。

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可視化高溫接觸（chù）角分析儀，可（kě）實現高溫高真空表界（jiè）麵性能測試，是研究（jiū）高溫下不同熔體與相應基體間的接觸角變化規律的專用科研裝置，可實現高溫、高真空（kōng）條件下材料的表界麵性能測試。該儀器能夠對（duì）低熔點材料在升、降溫過程中的收縮、變形（xíng）、熔化、潤濕、鋪展及凝固行為進行圖像化、定（dìng）量化表征。

主（zhǔ）要功能

·◆ 高溫測試：最高使用溫度1600℃/2000℃/2400℃

·◆ 空氣/真空/氣氛

·◆ 可動態測量升（shēng）降溫過程中接觸角隨時間或溫度變化的規律

·◆ 可在線獲取接觸角8、液滴直徑D、液滴高度H、液滴（dī）體積V等參數（shù），用於計算熔體的表麵張力，進而評價熔體（tǐ）對基體材料的潤濕性