铝碳耐火材料中纳米碳纤维的生长研究

• 作 者: 郭巍
• 机 构: 内蒙古科技大学
• 出 处: 内蒙古科技大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 铝碳耐火材料 纳米碳纤维 生长机理 二茂铁催化剂

碳是Al2O3－C 耐火材料重要的组份，它是Al2O3－C等碳复合耐火材料获得优良性能的关键成份。碳在Al2O3－C 耐火材料中主要以石墨和结合剂的形式存在。为提高碳复合耐火材料的性能，耐火材料工作者一直致力于改进石墨和结合剂性能的研究，但对石墨及结合剂碳化产物的纳米化研究还一直是个空白。过渡金属元素Fe、Co、Ni的微粒具有沉积碳的作用，碳纳米管、碳纳米纤维等具有优异性能的纳米结构碳可以通过含Fe、Co、Ni的催化剂在一定条件下催化含碳气体得到。Al2O3－C 耐火材料就其组成特点和制备工艺，有适宜纳米碳管及纳米碳纤维生长的环境。
基于此，本文研究了以Al2O3－C耐火材料为基体，加入一定量的催化剂二茂铁和硝酸镍后，铝碳耐火材料内纳米碳管或纳米碳纤维生长的可能性，并探讨了纳米碳纤维的生长机理，同时还研究了加入纳米碳催化剂二茂铁后Al2O3－C耐火材料性能的变化。
实验结果表明，引入一定量的催化剂后，应用Al2O3－C耐火材料制备的常规工艺，其内部能够生长出纳米碳管或中空的纳米碳纤维，且Al2O3-C耐火材料中的结合剂酚醛树脂是纳米碳纤维生长的直接碳源；
实验还发现，在Al2O3－C耐火材料内生长纳米碳纤维时，其生长的可能性与催化剂的种类和加入方式有关，而与是否有外加碳源关系不大；另外将催化剂Ni(NO3)2引入Al2O3-C耐火材料试样后，在有金属Si或SiC存在的前提下，会产生纳米碳纤维，同时伴有Sialon结构的晶体生成，这为在耐火材料中合成Sialon相提供了新的思路。
二茂铁的加入对Al2O3－C耐火材料性能的影响实验结果表明：在二茂铁加入量为1～3％时，Al2O3－C耐火材料的体积密度、高温抗折强度、抗氧化性等性能均有所提高，而对抗渣性影响不大。