近日，我校高温功能材料研究团队在国际期刊《Construction and Building Materials》和《Journal of the European Ceramic Society》发表高温耐火材料制备方法优化的最新研究成果。《Construction and Building Materials》是工程技术领域一区Top期刊。《Journal of the European Ceramic Society》是欧洲陶瓷学会会刊，国际陶瓷、耐火材料、玻璃及混凝土等无机非金属材料领域权威期刊之一。以上研究工作得到了国家自然科学基金支持。

耐火浇注料属于脆性材料，对拉伸载荷抵抗力很弱，在使用过程中由于温度或体积生变化，易产生应力集中。为了提高耐火浇注料的强度和韧性，通常加入不锈钢纤维。但传统工艺所制备的浇注料中钢纤维难以定向排布，导致钢纤维在浇注料中增强增韧功效无法充分发挥。

针对上述问题，首次使用磁感定向方法制备了取向钢纤维增强耐火浇注料，研究了钢纤维取向对浇注料性能的影响和增强增韧机理。结果表明：浇注料基质浆料流变性（粘度、触变性、剪切稀化程度、屈服应力）和磁场作用参数是影响钢纤维取向的重要因素（图1）；取向钢纤维使浇注料在断裂过程中的裂纹扩展路径变得复杂，出现裂纹偏转和裂纹分叉现象，优化了浇注料的弹塑性行为，增强了浇注料抵抗裂纹扩展能力，使钢纤维增强浇注料的力学性能、韧性和热震稳定性能显著改善（图2）。相关工作发表在《Construction and Building Materials》，冶金工程学院李明晖副教授为论文第一作者，材料科学与工程学院李赛赛博士和冶金学院陈若愚副教授分别为第一和第二通讯作者。

图1硅微粉添加量对浇注料基质浆料流变性的影响

图2楔形劈裂浇注料试样X轴方向上的应变图像

此外，团队利用增材制造技术制备具有低导热、高强及耐腐蚀的刚玉－莫来石质耐火材料，通过优化打印浆料流变特性（粘度、触变性），调控打印参数（压力、打印速率），改善坯体的打印结构精度（图3）。在此基础上，研究了不同煅烧温度（1200~1500℃）对刚玉－莫来石质耐火材料物相组成、微观形貌、抗侵蚀性及物理性能的影响。并采用Ashby-Glicksman（开气孔/闭气孔）模型对所制备的耐火材料的导热系数进行计算和预测（图4）。相关工作发表在《Journal of the European Ceramic Society》上，材料科学与工程学院李赛赛博士和冶金工程学院本科生任文锦共同为论文第一作者，冶金工程学院李明晖副教授和陈若愚副教授分别为第一和第二通讯作者。

图3打印参数对坯体结构的影响

图4刚玉-莫来石耐火材料孔隙率、强度、线收缩率及导热系数

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136668

https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2024.05.074

（撰稿：陈若愚 李明晖   审核： 罗梦婷 余正伟 龙红明）