轉載自《國際應用陶瓷技術雜誌》

鎂碳磚是一種由樹脂做為鍵結，主原料為氧化鎂及石墨所組成的耐火材料。其具有低氣孔率、耐渣性、耐熱震、耐侵蝕及較高的高溫強度。目前鎂碳磚主要使用於轉爐，精煉爐的渣線及電弧爐的高溫工作點。

在2023年5月份的CTT (CERAMIC TECH TODAY)的一篇報導中提及原物料來源對陶瓷最終性能的表現，引起了工程技術人員的關注。

  產品生產線所用到的原物料，通常來自於不同的來源，而該原始物料的化學組成或物質的結構，在生產製作的過程會因添加比例和與其他物料的結合性而對最終的產品物性產生差異。

  舉例來說，在2003年5 月份的 CTT 介紹了刊載在《國際應用陶瓷技術雜誌》的一篇論文，該論文評估了使用三種常見含鎂的料源來製造鎂鋁尖晶石的效果。該論文作者在三種不同含鎂料源所配制的測試樣品中得到利用電熔氧化鎂(Fused Magnesia)所產製出的鎂鋁尖晶石結構物質在高溫蓄熱的環境下具有相較更好的高溫物性。

  鎂碳（MgO-C）磚是一種耐火氧化物，其最終的性能在很大程度上會受原始材料的來源而影響。 這種耐火材料因其優異的高溫化學穩定性能和機械性能而廣泛應用於煉鋼，這是由於氧化鎂和碳的各自特性以及它們之間的協同作用所致。

MgO-C磚在製作上可以使用各種碳源來製造，例如膨脹石墨、炭黑、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯及其他的碳基氧化物。 而其中，膨脹石墨特別具有期開發的未來性。

  膨脹石墨具有特殊的層狀結構，它可以允許分子結構物插入石墨層之間來改變其物性。 這種改性的石墨可以利用常見工業製程技術在石墨的片狀結構層間填充氧化鎂的顆粒，同時添加不同的高溫抗氧物如含鋁或含矽的物質，以促使其結構在高溫環境下具有極佳的物理及化學安定相。

   一般而言，膨脹石墨會比片狀石墨更容易氧化。因此當膨脹石墨在鎂碳磚製作的添加比較多時，可能會導致鐵污染或碳排放的釋放等問題。因此，著手研究以確定用於 MgO-C 磚生產的膨脹石墨的最佳用量是必要的。

   韓國國立昌原(Changwon)大學的研究人員在2023年6月發表了一篇論文，描述了他們如何有系統地研究膨脹石墨含量（0-4 wt.%）對總石墨含量為 15 wt.% 的 MgO-C 磚的影響。他們通過結合氧化鎂顆粒、片狀石墨和膨脹石墨、鋁和矽（抗氧化劑）、酚醛樹脂（線型酚醛樹酯；粘合劑）和六亞甲基四胺（固化劑）來製造 MgO-C 磚。 並將該鎂碳磚的試樣分析側重於微觀結構變化（例如表觀密度和孔隙率）與熱性能和機械性能之間的關係。

   國昌原大學的研究人員經由實驗數據中發現，膨脹石墨可以有效吸收和緩解熱應力對試體的衝擊並可以抑制熱變形量。因此，隨著添加更多的膨脹石墨，試體的耐熱震性會有效地增加。然而，當膨脹石墨的量達到4wt.%時，試體的表面氣孔數量會增加並導致斷裂強度和耐熱震性的下降。

圖片來源：Kim 等人，《國際應用陶瓷技術雜誌》

上圖顯示了在重複熱衝擊的實驗（最多四個週期）後的殘餘應變。膨脹石墨含量為 2 wt.% 的磚表現出最佳的熱穩定性能。最終，研究人員確定在 2 wt.% 的膨脹石墨含量下可提供鎂碳磚的最佳熱性能，他們將此歸因於該樣品中細小且均勻分佈的孔隙。