在材料方面，不定形耐火材料多，著眼于根本性的結(jié)合組織和顆粒特性，以及使用MgO和SiO2等特性的高功能性不定形耐火材料的研究。
在微結(jié)構(gòu)控制方面，通過添加催化劑和納米顆粒，經(jīng)過加熱燒結(jié)制作所需的板狀產(chǎn)品，以提高耐火材料特性。
在生產(chǎn)超低碳鋼中，促進了低碳耐火材料的開發(fā)，通過對陶瓷與金屬間化合物和基體組織的控制，以及耦合系統(tǒng)的升級等，減少了碳元素，大大提高了抗熱震性。
將耐火材料作為建筑材料使用時，了解材料的熱態(tài)特性和材料的結(jié)構(gòu)力學(xué)，進行隨著熱變化發(fā)生應(yīng)力的數(shù)值分析和模擬等是不可缺少的。據(jù)報道，許多基礎(chǔ)性研究主要集中在歐洲。也有用新的視點進行耐火材料的物性測定、分析和評價的報告。
2.1 不定形耐火材料
2.1.1 MgO不定形耐火材料
MgO水合形成的板狀水鎂石，通過脫水工藝的調(diào)整，將其作為結(jié)合劑使用。開發(fā)無水泥結(jié)合劑和減少MgO澆注料結(jié)合劑中使用的微硅粉，添加合成的MgO-SiO2-H2O系結(jié)合劑，以提高熱態(tài)強度、耐熱性和耐蝕性。
在堿性不定形耐火材料中，進行最大限度地發(fā)揮MgO特性的結(jié)合組織的開發(fā)。
2.1.2 SiO2不定形耐火材料
對使用非晶質(zhì)熔融二氧化硅的澆注料進行預(yù)先熱處理后，即使反復(fù)進行熱震試驗，與通常的硅磚相比，其動態(tài)法測得的楊氏模量的維持率提高，劣化性減少。
進行了以硅石和微硅粉為原料的不定形振動成型，有望采用溶膠凝膠法制備的無水泥、含96%二氧化硅的澆注料。
焦爐和高溫?zé)犸L(fēng)爐等使用的高純度二氧化硅耐火材料的需求增加。特別是對大型耐火材料和復(fù)雜形狀的耐火材料，正在研究采用不定形、預(yù)制和熱處理。
2.1.3不定形耐火材料的顆粒形狀對性能的影響
研究在粗粒區(qū)域，立方體顆粒對爆裂的影響，發(fā)現(xiàn)了立方體顆?；ユi性弱，有容易爆裂的傾向。在粗粒區(qū)域，將立方體顆粒用于鋼包用不定形耐火材料，研究了其耐用性，結(jié)果表明，粗顆粒的凝聚力大，耐用性優(yōu)越。
2.2 微結(jié)構(gòu)
調(diào)查了催化劑對制備SIALON結(jié)合Al2O3-C的影響。通過添加Fe2O3，基體中形成板狀β-SIALON，提高了強度和熱震試驗后的強度保持率。
使用納米氧化鋁，燒成時，生成板狀的CA2、CA6，改善了力學(xué)性能，大幅度提高了抗熱震性。
2.3 低碳耐火材料
潔凈鋼生產(chǎn)要求減少耐火材料的碳量，嘗試將一部分石墨置換為Ti-MAX（具備金屬和陶瓷性質(zhì)的化合物）。發(fā)現(xiàn)Ti3AlC2的氧化和分解在熔損的界面抑制石墨的快速氧化。另外，也考慮到了隨著體積膨脹的不良影響。
研究了在MgO-C中加入納米碳，酚醛樹脂碳化過程中的Ni和金屬Al的催化作用的結(jié)果，生成氧化鎂晶須和尖晶石晶須，改善了微結(jié)構(gòu)，提高了斷裂強度、斷裂前的位移和抗熱震性。長期以來研究了在樹脂結(jié)合劑的加熱過程中，添加微量納米碳顆粒和復(fù)合石墨黑，使基體生成晶須和針狀化合物，提高性能的方法。
開發(fā)了超低碳鋼鋼包用無碳不燒鋁鎂磚。使用獨自的結(jié)合劑系統(tǒng)，180℃熱處理后，達到與燒成產(chǎn)品同樣的力學(xué)性能。在鋼包運行條件下，呈現(xiàn)出比燒成產(chǎn)品更優(yōu)越的性能。
2.4 力學(xué)性能和數(shù)值分析
為模擬脆性行為和裂紋分叉的疑似連續(xù)介質(zhì)的耐火材料的斷裂機理，使用了離散要素法（DEM）?？紤]現(xiàn)有的裂紋，在宏觀上可以重現(xiàn)耐火陶瓷的準脆性行為并降低脆性。
離散要素法可以表現(xiàn)出材料的不連續(xù)性，微結(jié)構(gòu)有可能與宏觀行為有關(guān)。對比模型模擬結(jié)果與實測的楊氏模量和泊松比的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有超過90%的相似性，該方法成為了弄清耐火材料力學(xué)行為的有用工具，期待可以用于不定形耐火材料的研究。
鋼包空心磚筑磚在高溫下呈現(xiàn)非線形的力學(xué)行為。在此，使用BNM（Bingham-Norton’s rheological Model）的蠕變定律，對各向同性黏彈性行為進行了建模。目的是在鋼包模擬中使用，并希望顯示出應(yīng)力在各層中隨時間的變化。
三維熱力學(xué)模型是為分析空心磚砌體墻的力學(xué)行為的接合部閉合后再開的影響而開發(fā)。砌體的接合部逐漸閉合，接合部曲線變化，所以正交各向異性為非線性，卸載荷后，最終的砌縫厚度通常比最初的厚度薄，兩方向產(chǎn)生永久變形。
為建立氧化鋁-尖晶石耐火材料鋼包襯操作條件的微結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性能的數(shù)值模型，使用聲發(fā)射、超聲波、單軸拉伸試驗和巴西提出的力學(xué)試驗法，研究了熱處理過程中的楊氏模量和遲滯現(xiàn)象等變化。由于微小裂紋的存在以及高溫黏性相等微結(jié)構(gòu)，抗熱震性提高。
通過高溫楔形裂紋測定，計算出高氧化鋁不定形耐火材料的斷裂能。當基體中使用更細的顆粒時，高溫下非破壞能量增加，高溫不定形耐火材料的延性有所改善。
2.5 測定、分析和評價
為獲得高溫下耐火材料力學(xué)特性，結(jié)合巴西提出的力學(xué)試驗法的集成數(shù)字圖像相關(guān) 性（I-DIC：Integrated Digital Image Correlation）代替一維拉伸試驗和壓縮蠕變試驗進行了研究。該方法可以減少材料特性評價所需的試驗次數(shù)，并可以保持相當高的準確性。
在熱循環(huán)條件下，楊氏模量、力學(xué)衰減能力和聲發(fā)射測試評價結(jié)果顯示，具有大量亞微米尖晶石顆粒的澆注料在高溫下發(fā)揮更好的衰減能力，并通過增加應(yīng)力松弛能力改善抗熱震性。楊氏模量的溫度依存性對抗熱震性有很大影響。
通過原位高光譜拉曼成像（HSRI）研究礦物反應(yīng)和組織的變化。高溫下的HSRI是弄清燒結(jié)反應(yīng)的強有力工具，不僅可以檢測準穩(wěn)定相，還可以檢測出少量的相，并能區(qū)分出不同的多晶型。
雷達信號可非常敏感地檢測固體材料中的游離水，能夠無損和非接觸檢測隨著不定形耐火材料加熱的結(jié)合水、水合水等的游離溫度不同的排出水的行為。
下一篇：深度解讀丨耐火材料抗熱震性
