知识图谱视角下耐火材料的研究发展

王玉龙，王周福，王玺堂，刘 浩，马 妍，姜鹏程

(武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081)

0 引 言

耐火材料是高温工业不可或缺的基础材料[1-3]，没有先进的耐火材料作为支撑，冶金、石油等需要进行高温过程的国家基础工业便难以健康发展[4]。因此，坚持不懈地发展耐火材料行业，也是社会持续发展的必然需要。随着相关研究的不断深入，文献的积累也越来越多(见图1)，然而，目前针对这些文献尚未有全面、定量、深入的分析与归纳，不利于系统地把握耐火材料研究的发展现状和趋势。

图1 耐火材料相关文献的年发文统计Fig.1 Annual statistics of relevant literature on refractories

要掌握研究领域的知识基础及前沿热点，传统的方法是阅读文献综述。但是，传统的综述写作效率不高，在数量和时效性上受限，因此采用该方法对相关信息的了解不能确保全面和及时[5-6]。面对日新月异、增长迅猛的知识海洋，亟需采用新的工具解决在未来研究中遇到的新挑战。比如知识图谱方法就可以帮助相关研究人员从已有的海量学术数据(特别是文献数据)中更为全面、及时地提取相关知识结构、研究热点和主题分布等诸多信息。本文选取了VOSviewer和CiteSpace这两个具有代表性的知识图谱分析工具，并基于中国知网(CNKI)中文核心期刊数据库和WOS(Web of Science)核心合集数据库，对两个数据库中的耐火材料研究分别进行了可视化分析，通过共现网络和共被引网络从整体上展示了基于期刊文献分析的耐火材料研究的发展历程与现状，并以含碳耐火材料为例，展示了细分研究领域的近年热点以及发展方向，最后对耐火材料及知识图谱的未来发展作出了展望。

1 中国耐火材料研究发展脉络

为归纳出中国耐火材料研究概况，选取CNKI中文核心期刊数据库作为数据来源。该数据库的文献采集于2022年5月12日，以“耐火材料”为主题词进行检索，文献类型选择学术期刊，共得文献4 939篇，时间跨度为1992—2022年。

关键词往往被认为是文献内容的高度凝练，因此将信息导入VOSviewer，将文献中的关键词(出现次数不少于30次)共现网络绘于图2(节点大小代表出现次数，颜色深浅代表平均出现时间，连线宽度代表共同出现的强度)。

图2 中国耐火材料研究的关键词共现网络Fig.2 Keywords co-occurrence network of Chinese refractory researches

由图2可以观察研究论文中的高频关键词，它们之间共同出现的几率大小以及关键词随时间的演化状况。可以发现，除“耐火材料”这一标识研究领域的关键词外，时间较早的关键词如“高炉”“内衬”“钢包”“连铸”“耐火纤维”“涂料”“熔模铸造”等主要集中于耐火材料的工程应用场景，而时间较新的关键词如“热导率”“抗氧化性”“抗热震性”“抗侵蚀性”“烧结性能”“相组成”“显微结构”等带有较强的科学研究性质，说明了中国耐火材料研究逐渐专业化、精细化与理论化。为了进一步深入了解文献中的关键词演变规律，使用CiteSpace计算出各典型关键词出现的突发(指出现量大增)数据，人工分类后列入表1。

表1 知网期刊中典型耐火材料研究关键词的突发强度及年份Table 1 Burstness and year of typical refractory research keywords in CNKI journals

依据表1可以通过关键词更加详细地了解中国耐火材料研究的侧重点演变，并与关键词的共现网络相互印证：在20世纪90年代至本世纪初，耐火材料的研究大部分围绕实际应用场景与材料供货状态，前者的典型关键词有“加热炉”“高炉”“直流电弧炉”“循环流化床锅炉”等，后者的典型关键词有“耐火砖”“耐火纤维”“耐火浇注料”等；而从21世纪初至今，耐火材料的主要研究阵地从耐火材料制造企业逐渐转移到专门的研究机构，因此研究呈现出精细化、体系化的特点，即对耐火材料的各项性能、微观结构、物相组成以及它们之间的关系进行了较深入的研究，并开始考虑耐火材料及其接触的介质在应用体系中的变化过程，典型关键词有“烧结”“强度”“抗热震性”“显微结构”“物相组成”“界面反应”“夹杂物”等。

2 世界耐火材料研究发展脉络

为归纳出世界耐火材料研究概况，选取Web of Science(WOS)核心合集数据库作为数据来源。该数据库的文献采集于2022年5月20日，以“refractory(主题)not alloy(主题)not entropy(主题)”进行检索，文章类型选择“论文”或“综述论文”，文章领域选择“Materials Science Ceramics or Materials Science Multidisciplinary or Metallurgy Metallurgical Engineering”，共得文献10 329篇，时间跨度为1917—2022年。

2.1 世界耐火材料研究的关键词共现分析

文献的关键词是内容的高度概括，因此将相关信息导入VOSviewer，将关键词(出现次数不少于110次)共现网络绘于图3(节点大小代表出现次数，颜色深浅代表平均出现时间，连线宽度代表共同出现的强度)。

在文献的高频关键词中，除了标识研究领域的“refractories”外，可以发现较早的研究更加注重耐火材料的材质选择，代表性关键词有“Al2O3”“MgO”“ceramics”“mullite”等；随后的研究则更注重耐火材料抗渣性相关的研究，代表性关键词有“slag”“dissolution”“kinetics”“corrosion”“spinel”“carbon”“graphite”“oxidation”等；至于当今的研究热点，应该是耐火材料精细结构的研究、反应过程与机理的探索，代表性关键词有“microstructure”“behavior”“evolution”“mechanism”等。

为了进一步深入了解世界耐火材料研究中关键词的具体演化过程，将文献信息导入CiteSpace计算出代表性关键词的突发情况，并人工分类列于表2。结合表1与表2，可以发现关于耐火材料的研究热点无论在中国还是在全世界都是相似的：早期耐火材料的研究都是紧紧围绕工业上的应用场景，代表性关键词有“continuous casting(连铸)”“immersion nozzle(浸入式水口)”“blast furnace(高炉)”等；稍后的研究则更关注耐火材料的单项性能，代表性关键词有“thermal shock(抗热震性相关)”“dissolution(抗渣性相关)”“thermal expansion(热膨胀性能相关)”等；而到了接近现在的时间，由于各种先进技术的采用，耐火材料的研究也进入了更加精细的阶段，代表性关键词有“electron microscopy”“X-ray diffraction”“nanostructure”等。不仅如此，对关键词突发的探测还可以发现不同时期文献使用的关键词偏好等信息，比如英文指代“耐火材料”的关键词(未列入表中)，就由“refractory”(1994—2009年)逐渐改变为“refractory material”(2007—2014年)或“refractory concretes”(2009—2012年)。

图3 世界耐火材料研究的关键词共现网络Fig.3 Keywords co-occurrence network of world refractory researches

表2 WOS期刊中典型耐火材料研究关键词的突发强度及年份Table 2 Burstness and year of typical refractory research keywords in WOS journals

2.2 世界耐火材料研究的术语共现分析

虽然关键词是作者对文献内容的凝练，但毕竟其只有数个词或词组，有时可能难以传达出足够的信息，所以为深入了解文献，研究者开发了针对英文文本的算法来进行名词性术语提取(有时也被称为主题挖掘)[7]。在VOSviewer和CiteSpace中均内嵌了此功能，以在英文文献的标题、关键词、摘要文本中提取具有代表性的名词性短语。将数据分别导入，绘制出术语(出现次数不少于250次)的共现网络(见图4)及突发性表(见表3)。

对比名词性术语与关键词的共现网络与突发性状况，首先，可以判断此二者得到的知识基本结构是类似的；其次，由筛选阈值容易发现提取出的名词短语数量远远多于关键词(包括作者关键词加上WOS数据库添加的扩展关键词)，而且这些术语中包含着比关键词更丰富的细节信息。在早期围绕工业应用的耐火材料研究时期，提取出的代表性术语既有表征耐火材料供货特征的“refractory product(耐火产品)”“refractory lining(耐火衬)”“refractory component(耐火部件)”等，也有反应耐火材料应用场景特点的“structural materials(结构材料)”“high temperatures(高温)”“molten steel(熔钢)”等，以及反应耐火材料材质特征的“refractory oxides(耐火氧化物)”“basic refractories(碱性耐火材料)”“ceramic materials(陶瓷材料)”“periclase-carbon refractories(方镁石-碳耐火材料)”等。到了接近现在的研究时期，术语探测的结果不仅印证了关键词共现网络中关于新技术的应用、研究的精细化与理论化的结论，还指出了添加剂的合成与应用是关于耐火材料的一个较新研究方向，相关的术语有“synthesis(合成)”“addition(添加)”“titanium nitride(氮化钛)”等。由以上分析结果发现，使用提取的名词性术语相比于直接使用关键词能够有效加深对文献的认识深度，未来有望获得更大的发展。

图4 世界耐火材料研究的术语共现网络Fig.4 Terms co-occurrence network of world refractory researches

表3 WOS期刊中典型耐火材料研究术语的突发强度及年份Table 3 Burstness and year of typical refractory research terms in WOS journals

2.3 世界耐火材料研究的共被引分析

对于WOS核心数据库中的文献，由于可以导出包含参考文献在内的较完整信息，因此可对其进行更深入的分析，其中最具代表性的就是共被引分析。共被引分析是对文献的各参考文献进行对比分析的一种分析方法，它的优势在于可以将众多作者对被引文献之间的关系认知归纳起来，并以可视化的方法加以呈现，从而构建横跨多个学科领域的知识网络，并有助于新知识的发现。导入信息后，用VOSviewer将期刊(被引次数不少于700次)的共被引网络绘于图5(节点大小表示被引次数，连线表示共被引强度，颜色深浅表示类别)，并用CiteSpace将文献共被引网络的最大子网络绘于图6(节点表示文献，颜色深浅表示聚类)。

从图5可以发现，世界耐火材料研究所引用的论文发表期刊可以容易地被分为4个类别，分别是以Science，Nature期刊为代表的基础研究类期刊；以JournaloftheAmericanCeramicSociety，Ceramicsinternational，JournaloftheEuropeanCeramicSociety三大陶瓷期刊为代表的陶瓷方向实际应用类期刊；以及介于前两类之间的兼顾基础研究与实际应用的期刊类型，其代表是ActaMaterialia,JournalofAlloysandCompounds，MaterialsScienceandEngineeringA等；最后一类期刊是与耐火材料的重要应用场景-钢铁冶炼有关的，代表有MetallurgicalandMaterialsTransactionsB，ISIJInternationalernational,IronmakingandSteelmaking等。这些期刊构成的共被引网络清晰地描绘出了本领域及相关领域的知识网络框架-由物理、化学理论基础到陶瓷领域的实验室实验，最后到工业领域的实际试验。更难能可贵的是，这个知识构架的形成并非由一位或少数几位学者凭借经验或者自身的阅读体会对相关期刊做出的归纳，而是通过计算机归纳众多作者的大量文献而自动生成的关系网络，更具有客观性，可以想见，在知识大爆炸的未来，该方法会得到更加广阔的应用。

图5 世界耐火材料研究引用期刊的共被引网络Fig.5 Co-citation network of journals cited in world refractory researches

图6为文献的共被引网络的最大子网络(包含1 744篇文献)，使用CiteSpace软件的谱聚类功能对各文献进行了自动聚类(将强联系的节点分组在一起，并将弱联系的节点分配给不同的组，得到的包含不同节点的组也称为聚类)，并在软件辅助+人工监督的条件下对聚类进行了命名[8]。从图中可以发现耐火材料研究的文献具有十七个较大聚类，分别是“carbon containing refractory(含碳耐火材料)”“refractory castable(耐火浇注料)”“microstructural evolution(微观结构演化)”“rotary kiln(回转窑耐火材料)”“copper-making(铜冶金耐火材料)”“steel-making(钢铁冶金耐火材料)”“aluminate cement(铝酸盐水泥)”“boride(硼化物)”“thermal shock behavior(热震行为)”“hydration resistance(抗水化性)”“cement-free refractory(无水泥耐火材料)”“spinel containing refractory(含尖晶石耐火材料)”“andalusite-based refractory(红柱石基耐火材料)”“fracture behavior(断裂行为)”“oxidation behavior(氧化行为)”“refractory and inclusion(耐火材料与夹杂物)”“nanoscaled additive(纳米添加剂)”。虽然这些聚类的划分在分类学的角度上未必合理(由于分类标准不一)，而且某些文献往往可以归属于多个聚类(在聚类填充展示中可以发现某些聚类存在显著的区域重叠)，但这些聚类名称仍然可以代表耐火材料在不同角度上的研究重点。不仅如此，聚类重叠区域中的文献还可以直观地指示出此类研究的不同侧重点，这点也优于边界清晰的传统文献分类法。

在文献共被引的分析中，除了可以观察网络的整体结构以了解领域的研究概况外，还可以探测出高突发被引的文献(见表4)。由表4可以从引用次数的突发性增长角度发现耐火材料研究领域的重要论文，如文献[9]讲述了耐火材料与玻璃/熔渣/大气反应在高温下生成保护层的研究在20世纪的发展；文献[10]研究了铝酸钙结合氧化铝-尖晶石浇注料中原位尖晶石的形成；文献[11]讲述了含碳与不含碳的耐火材料在高温下被侵蚀的机理；文献[12]讲述了含碳耐火材料的基本情况；文献[13]研究了二氧化钛和铝添加对镁碳耐火材料抗氧化性和力学性能的影响；文献[14]介绍了耐火材料中的重要成员之一 ——莫来石；文献[15]比较了铝、硅、碳化硅、碳化硼作为镁碳耐火材料抗氧化剂的作用效果；文献[16]介绍了含尖晶石的氧化铝基耐火浇注料；文献[17]研究了纳米铝酸镁尖晶石、氧化铝纳米片、碳纳米管几种纳米添加剂对铝碳耐火材料的抗热震等性能的影响；文献[18]研究了纳米碳的使用对低碳镁碳耐火材料性能的影响。对比这十篇文献，可以发现文献[9，11-12，14，16]都是综述，分别介绍了耐火材料的几种重要成员以及耐火材料的侵蚀与保护机理；而在几篇研究论文中，除文献[10]是研究结构的原位生成过程外，其他均是研究新基质成分的引入对耐火材料性能的影响。通过对这几篇论文的研读，可以对本领域的研究主流形成整体认识，如耐火材料的重要类别、耐火材料的损毁与保护、耐火材料的重要改进方法等，也就是说通过这种方法可以在浩如烟海的文献资料中迅速找出具有代表性的论文，从而了解领域的发展概况。

图6 世界耐火材料研究的文献共被引网络Fig.6 Co-citation network of world refractory research literatures

表4 WOS期刊中耐火材料研究的10篇代表性突发被引论文Table 4 10 representative papers on refractory research in WOS journals-high burstness

在文献科学计量的指标中，除了衡量时间重要性的突发强度(Burstness)外，还有衡量节点在网络中重要性的指标中介中心性(Betweeness Centrality，常写作Centrality)，由于整体上耐火材料在现有领域的研究比较成熟，各聚类间联系较多，所以文献节点的中介中心性均较低，此处不做举例。而将前两者复合起来可以构造为测度节点新颖性的指标Sigma(=(Centrality+1)Burstness)[8]。将CiteSpace统计出的高Sigma值论文列于表5。

在高Sigma值的十篇论文中，除去高突发性表中出现过的文献[9,13,16]，文献[19]研究了不同种类含尖晶石浇注料的抗碱渣能力；文献[20]比较了不同种类尖晶石对浇注料性能的影响；文献[21]介绍了难熔硼化物二硼化锆和二硼化铪的各项基本性能；文献[22]研究了耐火材料的显微结构对其最大载荷与断裂能的影响；文献[23]研究了原位尖晶石的形成对镁碳耐火材料显微结构与物相演变的影响；文献[24]研究了碳化硼和硼化镁的加入对镁碳耐火材料性能的影响；文献[25]研究了镁砂粒度对原位生成尖晶石的耐火浇注料微观结构与性能的影响。对比高Sigma值的十篇文献，除文献[9,16,21]是分别介绍耐火材料的自保护、含尖晶石浇注料和难熔硼化物的综述外，文献[19-20,23,25]均是与含尖晶石耐火材料相关的研究论文，文献[13,24]研究了添加剂对耐火材料性能的影响，而文献[22]则研究了显微结构耐火材料断裂行为的影响。由此可见，耐火材料研究领域中，以往的高新颖性(Sigma值)论文的主题主要集中在对含尖晶石耐火材料及添加剂的研究上，因此将来的创新也可从这两个方向入手，或者在吸收前人文献精华的基础上开创新的研究方向。另外，不难发现高Sigma值论文的研究主题与前文分析中的文献聚类名称可在较大程度上匹配，这就既说明了聚类命名的合理性，又证实了该方法选择文献的代表性。

表5 WOS期刊中耐火材料研究的10篇代表性高Sigma值论文Table 5 10 representative papers on refractory research in WOS journals-high Sigma

3 含碳耐火材料的研究热点及未来趋势

在前文中，不难发现由于分析领域的时间跨度大而范围广，所得到的代表性知识单元(特别是文献)均属于较早期的研究，且主题也较分散，对于目前最新的研究热点及未来发展方向的指示作用较小。为解决这个问题，需要选取具有更明确主题的新文献进行分析。结合上节结果，选取Web of Science(WOS)核心合集数据库作为数据来源，以“refractory(主题)and carbon(主题)not alloy(主题)not entropy(主题)”进行检索，文章类型选择“论文”或“综述论文”，文章领域选择“Materials Science Ceramics or Materials Science Multidisciplinary or Metallurgy Metallurgical Engineering”，共得文献768篇，时间跨度为2012—2022年(检索时间2022年5月27日)。

3.1 世界含碳耐火材料研究的关键词共现分析

为了从整体上了解含碳耐火材料的近期发展状况，在VOSviewer中导入相关文献信息，将关键词(出现次数不少于20次)共现网络绘于图7(节点大小代表出现次数，颜色深浅代表平均出现时间，连线宽度代表共同出现的强度)，并使用CiteSpace探测出突发关键词列入表6。

结合图7和表6，不难发现含碳耐火材料中最主要的材料体系有两种-镁碳耐火材料(MgO-C refractory)和铝碳耐火材料(Al2O3-C refractory)；关心的主要性能有四种，分别为机械性能(mechanical properties)、抗热震性能(thermal shock resistance)、抗侵蚀性(corrosion)和抗氧化性(oxidation resistance)；而对于不同的研究主要的侧重点有三类，分别是注重效果的“性能”(performance)、注重过程的“行为”(behavior)以及注重基本规律的“机理”(mechanism)。从关键词的共现网络(见图7)还可发现，在含碳耐火材料的研究中，机械性能受到了最多关注，这是因为其不仅与其他性能有着直接或间接的联系，与材料的微观结构(microstructures)、原料特征(如石墨“graphite”、石墨烯“graphene”、碳纳米管“carbon nanotubes”、纳米碳“nanocarbon”等)、原位相的生成(如“Al”“silicon”“whiskers”等关键词)等也有着紧密的联系。而从表6中则可以进一步发现，在近几年含碳耐火材料的抗侵蚀性(corrosion)也开始吸引学者们更多的注意，较主流的做法是使用涂层(coating)等方法对耐火材料的碳源等原料进行表面(surface)处理，对其起到一定保护作用，从而提高材料的抗侵蚀性；不仅如此，由于技术手段的不断发展，科学研究也愈加细致，对于表/界面(surface)反应的相关研究也得到了进一步深入。

图7 世界含碳耐火材料研究的关键词共现网络Fig.7 Keywords co-occurrence network of world carbon containing refractory researches

表6 WOS期刊中典型耐火材料研究关键词的突发强度及年份Table 6 Burstness and year of typical carbon containing refractory research keywords in WOS Journals

3.2 世界含碳耐火材料研究的文献共被引分析

为进一步了解含碳耐火材料的详细研究现状，需要进行共被引分析，而在文献数据库的知识网络分析中，最基本的知识单元或者说最直接的信息来源就是文献，因此用CiteSpace将文献共被引网络的最大子网络绘于图8(节点表示文献，其颜色深浅表示聚类)。

在图8中使用CiteSpace软件对含碳耐火材料文献共被引网络的最大子网络进行了自动聚类，并在人工监督下对聚类进行了命名。从图中可以发现含碳耐火材料研究的文献具有十七个较大聚类，分别是“mechanical properties(机械性能)”“aluminate cement(铝酸盐水泥)”“SiC whiskers(碳化硅晶须)”“firing temperature(煅烧温度)”“oxidation behavior(氧化行为)”“in-situ synthesis(原位合成)”“MgO-C refractory(镁碳耐火材料)”“Al2O3-C refractory(铝碳耐火材料)”“microstructure(微观结构)”“flash ironmaking condition(闪速炼铁条件)”“catalytic graphitization(催化石墨化)”“treated graphite(预处理石墨)”“carbon-bonded alumina foam filter(碳结合氧化铝泡沫过滤器)”“thermal shock resistance(抗热震性)”“nanoscaled additive(纳米添加剂)”“micropore carbon material(微孔碳材料)”“corrosion resistance(抗侵蚀性)”。这些聚类命名都在不同程度上反映了含碳耐火材料的重点研究方向，与耐火材料领域中整体突出的研究方向相比，本细分领域中既有与其相同的方向，如“抗热震性”与“纳米添加剂”等；也有自己的特色研究方向，如“碳化硅晶须”“镁碳耐火材料”“铝碳耐火材料”“催化石墨化”“预处理石墨”“碳结合氧化铝泡沫过滤器”“微孔碳材料”等。正如研究具体材料时可以在不同的结构尺度上得到不同却又有联系的诸多信息，以上结果说明了在知识图谱的不同层次视野下也能发现不尽相同的各种信息(即不同层次领域内的一般与特殊研究)，因此在使用此类工具时应根据需要选择合适的研究层次，落实到具体操作上，就是要选择合适的检索条件。

图8 世界耐火材料研究的文献共被引网络Fig.8 Co-citation network of world carbon containing refractory research literature

在文献共被引的网络中除了可以分析网络的整体结构外，还可从高突发被引的文献(见表7)中发现领域中的重要论文，如文献[26]研究了二氧化钛添加对耐火材料抗热震性的提高；文献[27]研究了多层石墨烯的添加对氮化硅基复合材料结构和力学性能的影响；文献[28]研究了含铝、硅、碳化硼的镁碳耐火材料在高温下发生的化学反应及由此形成的微观结构；文献[29]研究了鳞片石墨和炭黑分别作为碳源对原位生成碳化硅形貌和铝碳耐火材料力学性能的影响；文献[30]提出了脆性陶瓷在热冲击下裂纹扩展的断裂力学理论；文献[31]研究了不同含量的原位多层石墨烯/尖晶石复合粉末对低碳镁碳耐火材料抗渣性、热震性和抗氧化性的影响；文献[32]在膨胀石墨表面原位生长了碳化硅等晶须，并研究了其在铝碳耐火材料中的应用效果；文献[33]合成了单相Al4O4C，并研究了其添加对镁碳耐火材料抗氧化性能的影响；另外，文献[13]与文献[17]在整个耐火材料研究领域中均有较高的突发被引，因而在上文中已描述过。

表7 WOS期刊中含碳耐火材料研究的10篇代表性突发被引论文Table 7 10 representative papers on refractory research in WOS journals-high burstness

这十篇文献中有七篇研究添加剂的引入对材料性能的影响，余下的三篇中，文献[29，32]研究了不同碳源对材料性能的影响，文献[30]则是关于耐火材料抗热震性的经典理论论文。不难发现，在含碳耐火材料的研究中，从工艺手段上来说，添加剂的研究是目前最主要的热点，而碳源的选择与改性也是研究热点之一；而从研究的侧重点来说，对材料的抗热震性等性能和微观结构的分析目前受到了广泛的关注。通过对这几篇论文的研读，可以对本领域的研究趋势形成整体认识，如含碳耐火材料的主流改进方法、对含碳耐火材料的主要关注方面等，通过这种细分的知识网络分析方法可以辅助相关研究者选择研究方向与重点，把握最新的研究趋势，紧跟研究热点，以含碳耐火材料为例，从添加剂或者碳源的角度进行研究规划，并在研究中注重材料的抗热震性及微观结构分析是比较符合目前主流趋势的。

上文提及了衡量节点在网络中重要性的指标——中介中心性(Centrality)，一般认为中介中心性大于0.1的节点属于关键节点(又称转折点)，是连接不同聚类间的重要节点(如聚类18的两端节点)，它们将网络中原本没有显性关系的聚类连接到了一起，因此常被认为与创新有关。将检索文献中高中介中心性被引论文列于表8。

表8 WOS期刊中含碳耐火材料研究的代表性高中介中心性被引论文Table 8 Representative papers on refractory research in WOS journals-high centrality

在这七篇论文中，文献[34]研究了强制对流条件下渣中氧化镁耐火材料的损毁；文献[35]研究了镁碳耐火材料与渣的反应侵蚀机理与动力学；文献[36]研究了Al2O3-SiC-SiO2-C耐火材料原位化学反应及其与渣的相互作用；文献[37]研究了氧化锰对高铝渣黏度及渣中耐火材料侵蚀行为的影响；文献[38]研究了耐火材料与钢液的反应机理；文献[39]研究了铝碳浸入式水口与钢的反应速率。不难发现，高中介中心性的文献主要集中于钢/渣与耐火材料相互作用的研究方向。这是由于在冶金中通常需要耐火材料来盛装高温的液态熔体，而冶金过程还常会带来各种成分不同的渣，因此在一方面，耐火材料会受到高温熔体的机械冲刷和熔渣的化学侵蚀，从而受到破坏；而在另一方面，冶炼的高温熔体及其附带的熔渣由于与耐火材料的反应，会改变自身原有的成分，会造成熔体增碳、增加夹杂等后果。也就是说，借由冶炼熔体(如钢铁熔体等)及其熔渣与耐火材料反应的研究，将原本在研究上界限较分明的冶金学领域与耐火材料学领域联系到了一起，起到了知识桥梁的作用，不仅有助于更加全面地了解实际状况中的科学问题，也提供了跨领域的视角，有助于学术创新。

除突发性与中介中心性外，两者的复合-测度节点新颖性的指标Sigma也有一定参考价值，将CiteSpace统计出的高Sigma值论文列于表9。

表9 WOS期刊中含碳耐火材料研究的代表性高Sigma值被引论文Table 9 Representative papers on refractory research in WOS journals-high sigma

在高Sigma值的论文中，除去前文出现过的文献[13，29，33]，文献[40]研究了温度对高炉用碳质耐火材料性能和显微结构的影响；文献[41]研究了添加多壁碳纳米管的铝碳耐火材料的显微结构与力学性能；文献[42]研究了鳞片石墨上碳化硅纳米线的合成与表征；文献[43]研究了纳米炭黑对低碳镁碳复合材料性能的影响；文献[44]研究了添加剂对镁碳耐火材料耐蚀性和侵蚀微观结构的影响；文献[45]研究了含膨胀石墨镁碳耐火材料的组织与力学性能。在这九篇文献中，文献[29，41-43，45]是与碳源有关的，文献[13，33，44]是与添加剂有关的，文献[40]是与热处理温度有关的。由此可见，在本细分领域中，以往的高新颖性论文的主题主要集中在碳源、添加剂和热处理温度上，与高突发引用论文的主题分布进行对比，不难发现，这两类代表性论文的主题分布领域近似，但侧重点各有不同。因此，研究者使用知识图谱方法辅助确定创新性研究的方向和重点时，可以根据自己的具体需要综合参考这两类论文的主题，或者从跨领域的角度参照高中介中心性论文的主题。

4 展 望

耐火材料是高温工业的基石，随着时代的发展，相关研究已经有了迅猛增长，且还会继续不断积累。对于未来耐火材料研究的发展及其辅助工具，有如下的预期：

(1)就耐火材料研究领域整体而言，未来的趋势仍将是企业的发展需求进一步推动高校等科研机构进行研究，并促进研究的体系化和精细化。不仅如此，未来的研究会更加注重耐火材料在高温下的结构、物相、性能演变过程及相关机理，以及在实际工况中耐火材料与高温熔体两体系间的相互作用等；而高温工业的绿色发展趋势还使具有节能作用的轻质隔热耐火材料体系有着广阔的研究与应用前景。

(2)就具体的细分研究领域而言，以含碳耐火材料为例，未来一段时间内，相关的论文创新应该还是主要落脚于碳源和添加剂(特别是纳米尺度的)的选择、合成、改性与应用等角度，且研究的关注重点应该主要集中在材料的抗侵蚀性、抗热震性、机械性能或抗氧化性能等典型性能与微观结构的变化。

(3)知识图谱方法不仅可以提炼出研究领域的发展脉络、研究热点与趋势，而且在跨学科创新上有着巨大的应用潜力，随着知识的爆炸性增长，该方法有望在耐火材料领域乃至整个自然科学领域获得更加广泛的应用；而在更遥远的将来，随着机器学习算法等的不断发展与应用，还可能使用本方法来预测潜在的研究热点与方向。