煤催化气化技术是先进的第三代煤气化技术,是煤制天然气最有效的工艺途径之一。流化床催化气化炉内的工况要求耐火内衬具有还原气氛（CO、H2）下体积稳定,能够抵抗碱性煤灰渣、碱蒸气和水蒸气的侵蚀,以及抵抗高速气流的冲刷等。传统的煤气化炉普遍使用的含铬材料不能满足催化气化炉炉内工况对炉衬的要求,且在使用过程中产生Cr6+污染问题,因此,研究无铬、还原气氛下稳定、机械强度高、抗碱蒸气/水蒸气侵蚀性能优异的催化气化炉炉衬材料,对保障我国能源安全和减低环境压力意义重大。针对以上问题,本工作首先研究了含铬材料和四种耐火原料的抗碱侵蚀性能,并选取适用于煤催化气化炉工况的六铝酸钙(Ca Al12O19,简写为CA6)和镁铝尖晶石（Mg Al2O4,简写为MA）为主材,模拟气化炉内工况研究了材料的抗碱盐和碱蒸气侵蚀性能;采用固相烧结法并结合高温烧结动力学,探究CA6质材料的基质增强相Ca2Mg2Al28O46(简写为C2M2A14)的合成与生长机制,在此基础上,进一步研究了预烧工艺、原料种类和添加剂的种类及含量对C2M2A14的显微结构、烧结性能、热学和力学性能的影响及其作用机制;针对流化床催化气化炉的内部环境,通过研究碱和水蒸气侵蚀后C2M2A14组成和显微结构的变化,阐明C2M2A14抗碱和水蒸气侵蚀机理;最后,在CA6质耐火材料中引入原位C2M2A14三元相,增强材料的力学性能并改善气孔结构,探究其增强抗碱蒸气和水蒸气侵蚀性能的机理。综合上述研究,并得到以下结论:1.含铬材料中Cr2O3和Al2O3组分与碱反应生成的低密度含钾化合物是导致碱侵蚀环境下材料结构破坏的主要原因;CA6和MA是催化气化炉衬材料的良好选材;CA6质耐火材料的基质中板片状C2M2A14三元相的生成对材料的机械强度和抗碱侵蚀性能的提高起到了积极作用。2.烧结末期（T>1700℃）,C2M2A14的致密化机制以晶界扩散为主导,晶界迁移和晶格扩散则是晶粒生长的主要控制机制;CA6晶体为C2M2A14的形成提供了模板,Mg2+进入CA6晶格填充磁铅石型结构中的阳离子空位形成尖晶石层,随着Mg2+浓度的提高形成C2M2A14,该过程遵循二维成核理论;二维成核生长是C2M2A14晶体生长的主要机制,此外,螺型位错也在低饱和度情况下为晶体的生长提供了台阶源。3.预烧工艺可以消除中间反应对C2M2A14致密化烧结的不利影响;以MA为镁源合成C2M2A14可以显著提高材料的烧结性能和机械强度,扩散传质的加快导致晶粒内部微米级/亚微米级气孔的生成;C2M2A14的线膨胀系数略大于CA6,但由于晶格点缺陷浓度和晶体结构复杂度的增加,声子间散射程度增强从而导致热阻增大,800℃下C2M2A14的导热系数为1.49 W·m-1·K-1,相比CA6下降了46.1%。4.通过探究H3BO3、Ti O2和Mn O三种添加剂对C2M2A14的显微结构、烧结性能、热学和力学性能的影响发现:高温下生成的富硼液相提高了晶间的固-液表面张力,加快流动传质和原子扩散,使得H3BO3的添加促进了C2M2A14的烧结;Ti4+在CA6晶格中的优先固溶及对Al3+的非等价置换,抑制了Mg2+的固溶和C2M2A14的生成,Ti O2的引入反而对C2M2A14烧结致密化不利;Mn2+取代Mg2+与CA6发生固溶,产生的晶格畸变促进C2M2A14晶粒的长大并驱动晶粒形貌向等轴晶发展;含3 wt%Mn O的试样1700℃烧后显气孔率从32.5%降低至8.4%,但过量的Mn O添加生成Mg1–xMnxAl2O4会产生阻碍了晶界移动的Zener钉扎效应,一定程度上抑制了内部气孔的排除,反而对材料的致密化有害。5.C2M2A14在碱和水蒸气侵蚀环境下保持物相组成和晶体结构的稳定,但高温水蒸气的持续冲刷引起富硅液相中Si O2的析出,Si O2溶解于水蒸气后会产生挥发性气相,这导致部分晶粒表面出现凹形孔洞和梯田状条纹的显微特征。6.原位C2M2A14相的生成和板片状晶体的桥联现象优化了CA6质耐火材料的气孔结构,提高了材料的机械强度和抗热冲击性能;较低的显气孔率和平均孔径,以及较高的微孔比例能够增加钾蒸气和水蒸气在材料内部的渗透阻力,同时,良好的骨料-基质结合和较高的机械强度也抑制了气体侵蚀过程中的“碱裂”现象和连续裂纹的发生,赋予材料优异的抗钾蒸气和水蒸气侵蚀性能。C2M2A14原位结合CA6质耐火材料有望成为煤催化气化炉炉衬的主体材料。