镁碳质耐火材料是一种主要用于转炉、电炉和钢包的炉衬材料，其中碳在高温下冶炼钢水时起着非常关键的作用，这是由于碳具有热导率高、热膨胀系数低和对熔渣的润湿性低等特点，从而提高了抗熔渣侵蚀性，改善了抗热震性。

传统的镁碳质耐火材料由于碳含量较高，导致其在使用过程中热量损耗大，易氧化，不利于洁净钢、特种钢等高品质钢材的生产，进而无法满足其使用要求。因此，低碳化是镁碳耐火材料主要的发展趋势。然而，对低碳镁碳质耐火材料而言，鉴于碳含量较低，使其抗渣性和抗热震性变差，进而导致其毁坏形式主要是熔渣侵蚀和材料表面的开裂或剥落。

一、提高镁碳质耐火材料的抗渣性

低碳镁碳质耐火材料主要是由镁砂、石墨、碳质结合剂、抗氧化剂等成分组成复合材料，其中，对利用纳米技术强化低碳镁碳砖抗渣性的研究主要集中在纳米碳强化基质结构和纳米催化剂改性碳质结合剂的两方面。

在镁碳质耐火材料低碳化过程中，纳米碳常作为原料引入，改善制品的抗渣性和抗热震性，其原因是纳米碳具有比表面积大、反应活性高和颗粒尺寸小的特点，增强了颗粒间的直接结合强度。

在传统镁碳质耐火材料中，不同颗粒间的结合是借助煤焦油、沥青、酚醛树脂等碳质结合剂形成的一定互锁的网状结构。然而，低碳镁碳质耐火材料由于碳含量低，难于实现连续分布的网状结构，使颗粒间的直接结合强度降低，因此，碳质结合剂改性是影响低碳镁碳质耐火材料性能的关键因素之一。

二、改善镁碳质耐火材料抗热震性能

低碳镁碳质耐火材料除要求具有良好的抗渣性外，还需要制品具有一定良好的抗热震性，由于碳含量的降低使其抗热震性能剧烈下降。抗热震性能既是衡量耐火材料的一个重要的指标，也是镁碳砖在低碳使用过程中一个关键的研究方向。纳米粉体颗粒由于具有尺寸小、表面能大和弥散度大的特点，有利于颗粒间相对滑移，可改善其抗热震性能。

利用纳米技术提高低碳镁碳质耐火材料的抗热震性能，实质就是增加材料的断裂韧性，可通过调整材料的显微结构，以进一步提高材料的裂纹扩展阻力。低碳镁碳质耐火材料的增韧方式主要有两种：（1）裂纹偏转增韧，纳米粉体以原料或添加剂形式引入，其引入的纳米粉体弥散分布于颗粒内或颗粒间，会形成大量的次界面，并且起到钉扎位错作用，使裂纹扩展路径变得更加曲折，延长裂纹扩展的途径，导致裂纹在扩展过程中消耗的能力增多，材料的断裂韧性增加。（2）裂纹桥接增韧，向耐火材料的骨料中引入纳米颗粒，可原位形成纤维、晶须和陶瓷相的桥接组元，当裂纹扩展过程中遇到较大的桥接组元时，其存在较大桥接组元相当于两个相对的裂纹面之间架起了一座桥梁，增加了裂纹扩展的阻力。若裂纹继续进一步扩展，桥接组元的破坏是以从基体中拔出的方式，此拨出过程中会消耗大量的能量，提高制品的断裂韧性，从而其改善抗热震性能。