由于具有优异的抗侵蚀性和抗热震性，MgO-C砖被广泛应用作各种炼钢炉和容器的内衬材料。根据使用要求，传统MgO-C砖中的碳含量为10％～20％。但是传统MgO-C砖长期使用时面临很多问题，首先是热导率高，热损失大；第二个问题是增碳，不利于冶炼低碳钢。如果降低碳含量，和碳有关的热和热化学性能（如抗热剥落性、抗侵蚀性）达不到要求。有研究表明，加入MgO-C砖中的碳材料的尺寸对砖的性能和使用效果有很大影响。由于具有高比表面和单峰分布，少量的纳米材料可以替代微米级材料。为了开发具有优异性能的新一代MgO-C砖，印度的研究人员使用两种碳源：纳米碳和鳞片石墨进行研究。
    试验选用大晶粒高纯电熔镁砂、鳞片石墨和纳米碳作原料，以酚醛树脂为结合剂，添加一些外加剂。粒度分析仪分析发现，鳞片石墨的平均粒径为50 μm；纳米碳的平均粒径为约200 nm。试样中石墨和纳米碳的添加量如表1所示。所有原料按标准混合后，使用液压机，在200 MPa的压力下压制成砖样。成型的砖样在250 ℃进行固化处理。
表1 不同试样的碳含量变化（w）/%

试样	石墨	纳米碳	F.C总量
NC-0	100	0	11.2
NC-3	3	0.3	4.9
NC-6	3	0.6	5.2
NC-9	3	0.9	5.5

    将一部分经固化处理的试样在还原气氛（埋炭）下，经1 100 ℃ 4 h热处理。然后检测250、1 100℃热处理后试样的显气孔率、体积密度、常温耐压强度。测试试样的高温抗折强度和弹性模量，计算抗热震指数（TSI，其为高温抗折强度（R）与弹性模量（E）之比），估计试样的抗热震性。抗热震性检测：将50 mm×40 mm×40 mm试样放入1 350 ℃的电炉中加热，然后放入空气中15 min，然后再放入电炉中，反复循环4次。试验后观察试样的表面裂纹。抗氧化性试验：从砖样上切取φ50 mm×50 mm试样，在电炉中经1 400 ℃ 10 h烧成，加热速率为5 ℃·min-1。冷却后，将试样水平切成两半，观察试样的氧化程度。抗侵蚀性试验：采用静态坩埚法，试验条件1 600 ℃ 3 h；渣为钢包渣，碱度为4.12。测量试样（标准砖样）热导率。利用压汞仪测量试样（10 mm×10 mm×10 mm）的孔径分布。
    试验结果显示：（1）降低石墨含量，加入纳米碳，试样（碳化热处理前后）的显气孔率升高，体积密度增大，耐压强度增大。（2）加入纳米碳，试样的弹性模量降低，高温抗折强度增大，抗热震指数（R/E）增大；随着纳米碳含量的增加，高温抗折强度逐渐增大，弹性模量逐渐降低，抗热震指数逐渐增大。（3）抗氧化性结果表明，NC-3试样的抗氧化性比NC-0好，抗氧化性取决于抗氧化剂、纳米碳、石墨。（4）侵蚀试验后，发现NC-3试样（含有3％的石墨和0.3％纳米碳）没有渣侵蚀和渗透，抗侵蚀性较好；NC-0的抗侵蚀性最差。（5）孔径分布分析发现，NC-0试样的平均孔径为138 nm，而NC-9试样的平均孔径为184 nm；但是NC-0总的气孔面积比NC-9的大，而且从孔径分布图可以看出，NC-0试样中孔径大于10 μm的气孔比NC-9多。（6）MgO-C的热导率与碳含量成正比，随着固定碳含量的降低而降低。（7）抗热震性试验结果显示，虽然加入纳米碳试样的碳含量低、热导率低，但是抗热震性与含有10％鳞片石墨的普通试样相似。
    综合分析，由于纳米碳粒径较小和比表面积大，含有0.9％的纳米碳和3％石墨的MgO-C砖和含10％石墨的普通镁碳性能相似，有时更好。含有纳米碳的试样基质中形成亚微米气孔改善性能如抗侵蚀性、抗热震性和抗氧化性。

（编译自《54th INTERNATIONAL COLLOQUIUM ON REFRACTORIES 2011论文集》）