《Open Ceramics》：Chemical Degradation of Recycled MgO–316L Cermets in Na-Cryolite: Effects of Processing on Dissolution and Molten-Salt Infiltration
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由报废MgO–C耐火材料衍生的MgO–316L金属陶瓷（cermet）被用于评估其与常规Na-冰晶石（Na-cryolite）熔盐的化学相容性。标称成分相同但分别采用放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）和颗粒辅助冷等静压（g
由报废MgO–C耐火材料衍生的MgO–316L金属陶瓷（cermet）被用于评估其与常规Na-冰晶石（Na-cryolite）熔盐的化学相容性。标称成分相同但分别采用放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）和颗粒辅助冷等静压（granule-assisted cold isostatic pressing, CIP）制备的试样，形成了显著不同的工艺诱导微观结构和开口孔隙率。无电流浸没试验在1000°C下进行，最长24 h。热力学计算表明MgO被AlF3氟化在热力学上有利，而ICP-OES（inductively coupled plasma optical emission spectroscopy，电感耦合等离子体发射光谱）确认Mg为主要释放元素。SEM-EDX（scanning electron microscopy–energy-dispersive X-ray spectroscopy，扫描电子显微镜–能谱）显示出Mg贫化区、Al–O富集反应区以及基体未受影响的MgO。24 h后，归一化Mg损失为SPS 50.46%、CIP 88.00%；SPS表观Mg贫化深度达1.82 mm，而CIP从16 h起在全部10 mm试样高度内均未检测到Mg恢复。工艺诱导微观结构强烈影响降解进程，但致密化未能克服MgO在含AlF3冰晶石中的化学不稳定性。
研究背景方面，霍尔–埃鲁特（Hall–Héroult）原铝生产因消耗碳阳极产生约1.5–1.7 t CO2-当量/t Al的直接排放，采用析氧无碳阳极可显著降低直接工艺排放。同时，循环经济要求将报废耐火材料升级为更高价值功能材料；MgO–C耐火材料年废物量巨大，其残碳、成分与微观结构异质性使再利用困难。将脱碳后的MgO富相与316L不锈钢制成无碳MgO–316L金属陶瓷，兼具耐火回收与无碳阳极潜力。冰晶石熔盐中MgO会发生AlF3氟化溶解，已有研究表明较高致密度、较低显气孔率和均匀相分布可抑制熔盐进入MgO富区。但该材料经SPS与CIP两种工艺后的化学降解尚未系统比较。研究人员因此在1000°C无电流条件下比较同成分MgO–316L金属陶瓷的熔盐腐蚀与渗透行为，建立化学相容性基线，并判断工艺致密化能否充分抑制MgO溶解和熔盐渗透。论文发表于《Open Ceramics》。
主要关键技术方法上，研究人员以报废MgO–C耐火砖为陶瓷源，经氧化脱碳获得回收MgO粉，与气雾化316L粉末按60 vol.%钢/40 vol.% MgO配料；分别采用SPS（1100°C/15 min/80 MPa）和颗粒辅助CIP（造粒、预烧、150 MPa等静压、1350°C烧结）制样。用阿基米德法测体密度与显气孔率；在Na3AlF6–AlF3–CaF2–Al2O3熔盐中1000°C无电流浸没0–24 h；ICP-OES定量溶出元素；SEM-EDX纵截面线扫描定义Fe强度50%处为表面、Mg强度恢复50%处为贫化终止，计算表观Mg贫化深度；并以热力学计算辅助判据。
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Materials and Methods相关结果表明，两种工艺获得同标称成分但不同微观结构与孔隙状态；SPS更致密，CIP靠预烧骨料+细粉实现低收缩大尺寸成形。
浸没试验结果显示，ICP-OES证实Mg是主要溶出元素；24 h归一化Mg损失SPS为50.46%，CIP为88.00%。CIP因较高开口孔隙使熔盐沿高度方向全程渗入，16 h后在10 mm全高内无Mg恢复；SPS熔盐侵入较浅，表观Mg贫化深度24 h为1.82 mm。SEM-EDX显示表面Mg贫化、Al–O富反应层、内部MgO保留。
热力学计算部分表明，MgO被AlF3氟化生成含Mg氟化物在热力学上驱动力充足，与实验中Mg优先释放一致。
讨论部分总结为，工艺诱导微观结构主要调控腐蚀空间扩展速率与熔盐通道：致密SPS把质量损失和贫化深度限制在近表面，多孔CIP让熔盐快速贯通整个试样高度，使MgO几乎全域失稳。但两种路线都不能消除MgO在含AlF3冰晶石中的本征化学反应；单纯提高致密度不是无碳阳极长期服役的充分条件，材料体系本身需替换或保护MgO相。
结论部分译为：SPS与CIP制备的同成分MgO–316L金属陶瓷在1000°C Na-冰晶石中均发生MgO氟化主导的化学降解；SPS因较低显气孔率将归一化Mg损失限至约一半并仅形成近表面贫化区，CIP则因工艺诱导多孔结构在24 h内导致近乎完全Mg损失与全高熔盐渗透。工艺微观结构强烈改变降解空间演化，但致密化无法克服MgO在AlF3系冰晶石中的化学不稳定性；该结果为回收MgO基无碳阳极材料设定了化学相容性下限，并指出后续应转向MgO替代相或阻渗界面设计。
