目前轻质耐火制品主要是由轻骨料和致密基质构成且轻骨料占约50wt%左右比重较大所以轻质骨料性能优劣将直接影响轻质耐火制品的整体性能。
在耐火骨料中形成大小和数量合适及分布较均匀的气孔是制备技术的关键多孔陶瓷具有低密度、耐高温、耐热冲击、抗腐蚀、透过性均匀、机械强度较高等优异性能耐火骨料的研制大多采用这种材料的制备方法。
轻质莫来石骨料
多孔陶瓷是一类经高温烧结内部具有大量彼此连通孔或闭孔的新型陶瓷材料控制气孔的形成是多孔陶瓷制备过程中最为核心的步骤制备方法大体有颗粒堆积法、燃尽物加入法、有机泡沫浸渍法、发泡法、溶胶—凝胶法等。下面就以上几种制备方法作相关简介。
1、颗粒堆积法
颗粒堆积法也称为固态烧结法或骨料堆积法该方法是以细粉为骨料利用细粉易于烧结的特点在高温时生成部分液相并使其相互连接[24]。由于每一个细粉颗粒仅在几个点上与其他颗粒连接造成彼此之间存在很多相互贯通的气孔在材料冷却后便形成三维的气孔通道。这种工艺手段可通过调整颗粒级配的方法对孔的结构进行控制但其孔隙率仅与骨料的堆积方式相关而与骨料的粒径无关所以通过此法制得的制品孔隙率往往不高一般为20%~30%故此法逐渐被其他制备方法取代或与其他制备方法结合使用如在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂高温下使其烧失后可将整体孔隙率提高到75%左右。
2、燃尽物加入法
该工艺是在配料中添加一定数量的炭粉、木屑、煤粉、淀粉、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚乙烯醇等造孔物质这类材料常常被称为赋孔剂或造孔剂它们在坯体中占有一定空间烧成过程中烧失除去而形成气孔。此法工艺简单产品空隙大小和形状可根据造孔剂进行调节并能制得形状复杂的产品利用此法制备出的多孔陶瓷既具有较高的孔隙率又具有较高的强度是多孔陶瓷制备方法中非常最常见的生产方法。但是其亦有一定局限性如气孔分布不算均匀难以得到高孔隙率的产品等。
轻质耐火材料
3、有机泡沫浸渍法
1963年美国学者Schwartzwalder等发明了有机泡沫浸渍法其原理简单是利用有机泡沫三维开孔网状骨架结构作模板将陶瓷料浆均匀涂覆在模板表面形成涂层干燥后烧掉有机泡沫从而获得具有有机泡沫反型结构的多孔陶瓷其孔隙率可高达70%~95%。此法制得的产品空隙分布均匀成本低廉工艺过程简单很适于工业化大生产。但是有机泡沫的烧除会在多孔陶瓷内形成少量碳残留难以形成小空隙的闭孔从而降低多孔陶瓷的强度燃烧过程中所产生的有害气体对环境也会造成污染。
4、发泡法
此法是将发泡剂及稳泡剂与一定比例的水混合先制成泡沫液与泥浆混合经浇注成型、养护、干燥、烧成而制得制品此生产过程中泡沫泥浆的制备与稳定是发泡法制造轻质材料的关键。
与泡沫浸渍工艺相比此法更容易控制制品的形状、成分以及密度并制备出各种孔径和形状不同的多孔陶瓷特别适合于闭孔陶瓷制品的生产与加入燃尽物相比该法更易生产体积密度小的隔热制品多用于生产超轻质隔热耐火制品。但是泡沫法也有一定的缺点其生产过程较复杂生产控制较困难生产效率较低。
高铝隔热砖
5、溶胶——凝胶法
Sol-Gel法主要用于制备微孔陶瓷特别是微孔陶瓷薄膜。其特点在于利用凝胶具有独特的三维网状结构来获得孔径为2~100nm的多孔陶瓷膜。其简单制备过程是在一定的介质和催化剂作用下进行以金属醇盐及其化合物为原料的水解-缩聚反应使溶液由溶胶变成凝胶胶体粒子并在溶胶凝化过程中相互联接形成网状结构并使得溶液充斥其中然后溶液再经干燥烧结过程挥发进而得到纳米级空隙的多孔制品。
用Sol-Gel工艺制得的多孔陶瓷孔径分布范围极为狭窄其孔径大小可通过溶液组成和热处理过程的调节来控制但是其原料受到限制生产效率也较低是目前研究最为活跃的领域。
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