镁铝尖晶石(以下简称尖晶石)的原位生成对于含碳耐火材料服役性能有重要影响,可以改善含碳材料基质间的结合,但其所伴随的体积膨胀也会影响材料的结构稳定性。目前对于含碳材料中影响尖晶石原位生成的因素的研究较少,以及预合成尖晶石引入产生的二次尖晶石化现象对含碳耐火材料结构与性能的影响尚不明晰。因此,本课题以铝碳和镁碳耐火材料为研究对象,研究了尖晶石原位生成的影响因素,以及二次尖晶石化反应对含碳材料结构与性能的影响,同时通过碳包覆的方式调控了尖晶石的生成。主要结果如下:(1)将镁砂添加到铝碳材料中,经1150°C热处理后有富铝尖晶石生成,之后随着热处理温度的升高,氧化铝在尖晶石中的固溶度不断提高,且尖晶石的晶格常数不断减小。经1650°C热处理后,尖晶石中氧化铝含量约为94 wt%。铝碳材料中尖晶石的原位生成会显著增强基质间的陶瓷结合,使材料的强度有所提升,但也会导致铝碳材料产生一定的体积膨胀。(2)保温时间会影响尖晶石在铝碳材料中的生成。随着保温时间的增加,尖晶石的富铝程度更高,晶粒发育的更加充分。保温7 h后,尖晶石中氧化铝含量约为89 wt%,此时尖晶石晶粒粒径为2-4μm,形貌为正八面体。(3)原料粒度会显著地影响铝碳材料中的尖晶石化反应,添加镁砂的粒径越小,尖晶石化反应程度越高,生成的尖晶石的数量越多、粒径越小、富铝程度越高。但当加入的镁砂粒径较大时,高温热处理后镁砂不能完全反应。(4)预合成尖晶石添加到铝碳材料中后,在热处理过程时氧化铝会进一步固溶到尖晶石中,发生二次尖晶石化反应,并使镁铝尖晶石的晶格常数减小。经1650°C保温5 h热处理后,尖晶石中氧化铝含量约为91 wt%。二次尖晶石化效应也会导致试样在热处理过程中产生体积膨胀,同时显气孔率升高、体积密度减小。(5)预合成的尖晶石添加到镁碳材料中后,高温热处理时氧化镁固溶到尖晶石中使得尖晶石的晶格常数增大,但试样并未产生明显的体积膨胀。(6)通过碳包覆氧化铝的方式改变了镁碳材料中尖晶石的生成方式,提高了材料中尖晶石的生成温度。由于固相反应受到减弱,尖晶石化反应所伴随的体积膨胀效应有所减少,表明通过碳包覆控制尖晶石生成是含碳耐火材料性能和结构调控的重要途径。