自结合SiC耐火材料具有优异的机械性能、热震稳定性及化学稳定性，作为结构材料被广泛应用于钢铁及有色冶炼等高温工业的关键部位，起着不可替代的重要作用。传统自结合SiC耐火材料的制备工艺存在以下几个亟待解决的问题：1) 生产过程能耗高，周期长；2) 产品中自结合相SiC大多呈颗粒状或无规则状，很难得到足够量晶须状SiC结合的SiC耐火材料，结合相对产品综合性能，尤其是韧性改善有限。
太阳集团tcy8722矿区生态修复与固废资源化省市共建山西省重点实验室培育基地王慧芳博士与合作者以过度金属纳米团簇 M55 (M=Fe, Ni 或 Co) , C=C 双键, CO分子和SiO 分子为模型的第一性原理计算表明，在合成SiC的反应中，催化剂的吸附可以提高反应物C=C 双键, CO分子和SiO 分子的活性，促进SiC晶须的成核和生长。在此计算结果的基础上，首先，以膨胀石墨和Si粉为原料，Fe(NO3)3·9H2O, Ni(NO3)2·6H2O,和 Co(NO3)2·6H2O 为催化剂前驱体，1573K合成了SiC纳米线，研究了工艺条件对合成SiC晶须显微结构和性能的影响；然后，以此催化原位合成SiC的工艺制备了自结合SiC耐火材料，研究结果表明，所制备试样的常温和高温力学性能和热震残余抗折强度保持率（ ΔT=1075K）均为无催化剂试样的2倍以上。一定量催化剂的加入不仅降低了结合相SiC的合成温度，而且促进了基质中形成更多互相交叉的网络状SiC晶须结构，因此显著提高了自结合SiC材料的使用性能。第一性原理计算结果和实验均显示，催化剂Fe的效果最好。
过渡金属纳米颗粒催化膨胀石墨与Si反应生成SiC晶须催化机理示意图
该研究应用第一性原理计算解释了过渡金属Fe、Co及Ni纳米颗粒催化膨胀石墨与Si反应生成3C-SiC粉体的催化机理；所优化的工艺可以显著降低自结合SiC耐火材料的生产能耗，提高生产效率和产品使用性能，践行了“绿色耐材”理念，不仅在自结合SiC耐火材料领域具有重要的应用价值，而且对同类结构陶瓷的制备有借鉴意义。
研究成果以“不同催化剂对自结合SiC耐火材料性能的影响”（Effects of different catalysts on performance of self-bonded SiC refractories）为题发表于《国际陶瓷》（Ceramics International）。太阳集团tcy8722教师王慧芳为该论文第一作者和通讯作者，武汉科技大学张海军教授为共同通讯作者，太阳集团tcy8722为论文第一单位。
该研究得到国家自然科学基金等资助。
（科研工作部）
