红柱石是铝硅系耐火材料重要的原料之一, 因完全莫来石化后具有莫来石-高硅氧玻璃相相间的结构而表现出优异的抗碱侵蚀性能。然而, 其莫来石化程度与抗碱侵蚀性能之间的关系尚未厘清。为此, 本工作以粒度为3~5 mm的红柱石为研究对象, 在1 450~1 600 ℃下热处理红柱石3 h, 研究了红柱石的莫来石化过程与结构演变, 并采用碱蒸气法研究了抗碱侵蚀行为。结果表明, 随着热处理温度的提高, 红柱石表面及裂纹附近先转变形成莫来石-高硅氧玻璃相结构, 随后莫来石化转变不断向内部发展, 直至完全莫来石化。红柱石莫来石化程度不同决定了其不同的抗碱侵蚀行为。1 450 ℃热处理后的红柱石表面及大裂纹附近形成的莫来石-高硅氧玻璃相复合层较薄, 侵蚀以红柱石与钾蒸气直接反应为主, 抗碱侵蚀性能较差; 1 500 ℃及以上温度热处理的红柱石表面及大裂纹附近形成了一定厚度的莫来石-高硅氧玻璃相复合层, 钾蒸气首先与高硅氧玻璃相反应形成含钾硅酸盐液相, 随后该液相对莫来石相产生侵蚀溶解, 阻止了碱蒸气对莫来石的直接反应侵蚀, 从而使红柱石表现出优良的抗碱侵蚀性能。

水合硅酸镁是炼钢连铸过程中间包用镁质浇注料的重要结合相，其含量多少决定着浇注料的强度大小。本工作以Na2SiO3·9H2O和MgCl2·6H2O为原料，采用水热法合成水合硅酸镁(MgO-SiO2-H2O，M-S-H)，研究了焙烧温度和焙烧次数对水合硅酸镁的“结构记忆”特性；随后将预合成M-S-H复合硅微粉制备镁质浇注料，研究其对镁质浇注料性能的影响。结果表明：当焙烧温度低于400 ℃时，水合硅酸镁具有“结构记忆”特性，焙烧次数增加有利于M-S-H凝胶中层间羟基的插入，促进其层状结构晶粒的长大和结构稳定性的提高；在镁质浇注料制备过程中引入一定量的预合成水合硅酸镁和少量的硅微粉，使浇注料具有很好的施工性能和足够的早期结合强度；同时减少了高温热处理后浇注料缺陷形成，提高了材料力学性能，为开发低硅微粉镁质浇注料提供支撑。

铝碳耐火材料是连铸滑动水口用关键材料，提高其强度和抗氧化性等服役性能，对于保障炼钢过程安全高效生产具有重要的意义。近年来，一种新型的MAB型层状化合物Cr2AlB2受到广泛关注，其具有高断裂韧性、高损伤容限和优异的抗氧化性。本工作在铝碳耐火材料中引入合成的Cr2AlB2，借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜等测试手段，研究了高温下Cr2AlB2在铝碳材料中的结构演变及其对材料性能影响。结果表明：Cr2AlB2在800~1 200 ℃热处理后逐步分解生成Al2O3包覆CrB的核壳结构，并在核壳结构表面催化生成碳纳米管、碳纤维；在1 200~1 600 ℃热处理后，核壳结构内部进一步演变，生成了Cr3C2和BN。因此，Cr2AlB2在铝碳耐火材料中发生的上述结构演变，促进了材料的致密化程度，提高了材料常温抗折强度以及抗氧化性。当Cr2AlB2引入量为1%时，材料性能最佳，经1 400、1 600 ℃热处理后的铝碳材料常温抗折强度提升约9%，经1 400 ℃空气中处理后氧化指数从44%降低至31%。

水氯镁石是一种非常具有应用前景的镁盐资源, 其储量丰富, 成本低廉。以青海盐湖水氯镁石和水玻璃合成不同MgO/SiO2摩尔比(0.5∶1, 1∶1, 1.5∶1)的水合硅酸镁(M-S-H)凝胶, 采用XRD、SEM、红外和核磁共振等测试手段研究M-S-H的合成机理和结构特征, 进而将合成的M-S-H与硅微粉复合制备镁质浇注料, 探究M-S-H结构对浇注料结合特性的影响规律。结果表明: 不同MgO/SiO2摩尔比的M-S-H呈层状堆叠结构, MgO/SiO2摩尔比为1∶1时M-S-H的层间自由水少, 结晶度最高; M-S-H替代部分硅微粉制备镁质浇注料能显著提高1 550 ℃热处理后浇注料的力学性能, 其中MgO/SiO2摩尔比为1∶1的M-S-H复合硅微粉制备的镁质浇注料综合性能最佳, 与添加6%(质量分数)硅微粉制备的镁质浇注料相比, 其常温抗折强度和高温抗折强度分别提高75%和8%。

高温下刚玉质浇注料中铝酸钙水泥结合剂与基体发生反应生成片状六铝酸钙相, 可以有效改善材料的抗热震性, 但引入过多水泥会产生较大的体积膨胀, 从而影响材料性能。为此, 采用六铝酸钙骨料部分或全部取代板状刚玉骨料制备浇注料, 在确保体积稳定性的同时发挥了六铝酸钙的增韧效应, 研究了骨料气孔特性对浇注料养护后和高温处理后材料力学性能的影响, 并借助楔形劈裂实验, 研究其断裂行为。结果表明, 25℃养护下, 相比于板状刚玉, 六铝酸钙骨料中气孔产生的吸释水效应, 促进了在骨料周围生成更多水化产物, 加快了水泥水化反应, 使骨料与基质间的界面结合更好。经 1 600℃热处理后水化产物转变成为 CA6相, 使材料中骨料与基质界面强度提高, 且材料断裂过程中裂纹在骨料内扩展的比例增加, 结合样品的断裂能和特征长度等参数, 浇注料中加入 30%CA6骨料时具备昀好的抗裂纹扩展能力。

采用高温固相反应工艺制备n(Ca2+)/n(Co2+)(n为摩尔)共掺杂LaAlO3陶瓷，研究了n(Ca2+)/n(Co2+)掺杂比例对LaAlO3陶瓷［La1-xCaxAl0.8Co0.2O3，0.25≤n(Ca2+)/n(Co2+)≤2.00］红外辐射性能的影响，探讨了LaAlO3陶瓷发射率提高的机理。结果表明，n(Ca2+)/n(Co2+)共掺杂LaAlO3陶瓷具有钙钛矿结构。在0.76~2.50 μm波段，掺杂比例［0.25≤n(Ca2+)/n(Co2+)≤1.00］的增加有助于提升陶瓷的发射率，n(Ca2+)/n(Co2+)=1.00的陶瓷样品(La0.8Ca0.2Al0.8Co0.2O3)有最高的平均发射率(0.87)；在2.50~14.0 μm波段，所有n(Ca2+)/n(Co2+)共掺杂LaAlO3陶瓷的平均发射率普遍高于0.94。发射率提高的原因为：n(Ca2+)/n(Co2+)共掺杂强化了自由载流子吸收、杂质能级吸收和晶格振动吸收。这种高发射红外陶瓷材料有望在热工装备的节能应用领域发挥作用。

近年来，污泥、生活垃圾作为水泥生产的部分燃料应用于水泥生产，造成水泥窑炉衬材料硅莫砖的严重碱侵蚀破坏和剥落，影响水泥窑的稳定运行。采用碱蒸气法系统研究了水泥窑硅莫砖用高铝矾土、莫来石(M60)及莫来凯特3种铝硅系耐火原料抗碱蒸气侵蚀行为。结果表明：3种铝硅系耐火原料的碱蒸气侵蚀行为，与原料中的化学成分、玻璃相含量和成分及其显微结构等密切相关。对于以刚玉、莫来石为主的高铝矾土，碱与刚玉、莫来石晶相发生反应形成钾霞石，产生体积膨胀，使得高铝矾土表面先发生疏松和开裂，后碱蒸气渗入颗粒内部，造成严重碱侵蚀破坏；而对于以莫来石为主的莫来石(M60)原料，碱与莫来石和玻璃相发生反应，形成瞬间液相并析出白榴石相，形成的液相阻止了碱的渗透，使碱侵蚀仅发生在表面层而表现出优良的抗碱侵蚀性能。而莫来凯特原料中晶相莫来石与玻璃相含量相当，玻璃相含量高达46%，其与碱蒸气发生化学反应形成更多的液相，同时析出白榴石相，因氧化钾反应溶解在该原料玻璃相中，造成原料整体性侵蚀破坏。

针对多孔介质高温燃烧用碳化硅多孔陶瓷因高温氧化导致抗热震性能以及辐射效率衰减等问题，首先采用有机泡沫浸渍法制备碳化硅素坯，经低温预烧、真空浸渍含Mg(OH)2、单质Si和α-Al2O3浆料，经过原位反应烧结在碳化硅骨架表面构筑含堇青石红外辐射涂层的碳化硅多孔陶瓷。结果表明：真空浸渍浆料能在碳化硅骨架表面涂覆连续涂层的同时，能完全填充骨架的三角孔洞，经1 350 ℃烧结成功制备了具有堇青石涂层、碳化硅骨架中间层、堇青石填充层的3层结构碳化硅多孔陶瓷。3层结构的形成显著提高了碳化硅多孔陶瓷力学性能及抗热震性能以及高温抗湿氧化能力，碳化硅多孔陶瓷在1?350 ℃热处理后耐压强度达到1.18 MPa、残余强度保持率达67%；碳化硅多孔陶瓷中3层结构孔筋表面堇青石红外辐射涂层的形成，强化了碳化硅多孔介质燃烧器辐射换热过程和燃烧效率，将燃烧器表面温度提高约140 ℃，并显著降低了燃烧器中CO、NOx等污染物的排放量。

铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一，但危废来源广泛，成分复杂，导致炉渣的成分存在差异，从而影响炉衬的使用寿命。本文以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为研究对象，选取了富含CaO、Fe2O3和SiO2的三种典型危废炉渣，研究了上述危废炉渣对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为和Cr(Ⅵ)形成的影响。结果表明，材料的抗渣侵蚀和渗透性能与渣的黏度、渣与材料的界面反应以及材料的孔隙结构有关。就渗透性而言，高SiO2渣和高Fe2O3渣与材料界面反应后形成了低熔点的霞石等物相，促进了渣渗透；高CaO渣与材料反应后形成了高熔点的六铝酸钙等物相，减缓了渣渗透，造成渣渗透深度顺序为高SiO2渣>高Fe2O3渣>高CaO渣。相比之下，将材料进行烧成处理可以显著降低基质中CaO的反应活性，而且可以实现微孔化，渣的渗透行为受到抑制，尤其是高SiO2渣的渗透显著降低。静态坩埚抗渣侵蚀性与渣液的渗透行为有关，由于渣的显著渗透行为，反而降低了渣的侵蚀指数。高CaO渣与试样反应后渣液黏度上升，且生成高熔点的铝酸钙相减缓渣液渗透，渣作用在材料界面时间增长，导致高CaO渣的侵蚀指数略高。

铝酸钙水泥的水化行为与物相组成、粉体粒径、水化温度、外加剂等因素密切相关。已有研究发现沸石结构矿物对铝酸钙水泥的水化行为影响显著, 而作用机制有待进一步研究。本文采用XRD、SEM、FTIR、综合热分析以及电导率测试方法, 系统研究了不同养护温度(20 ℃、25 ℃、30 ℃和40 ℃)下合成沸石对铝酸钙水泥水化行为的影响及作用机理。结果表明, 合成沸石对铝酸钙水泥水化行为的影响与不同养护温度下离子浓度有关。在20 ℃养护时, 铝酸钙水泥的溶解程度较低且沸石具有超高的比表面积及离子吸附能力, 离子浓度难以达到饱和, 延长了诱导期, 从而延缓了铝酸钙水泥的水化; 在25~40 ℃养护时, 沸石的微孔结构和超高比表面积为水化产物提供更多成核位点, 进而促进了铝酸钙水泥的水化。此外, 合成沸石的引入有效消除了铝酸钙水泥在25 ℃养护时的异常凝结行为。