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2023
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輕骨質(zhì)耐火材料的原理、制造與應(yīng)用（Ⅲ）
來源： 網(wǎng)絡(luò)
添加造孔劑
當(dāng)將成孔劑添加到起始粉末中時，它們在熱處理過程中燃燒，在陶瓷材料中留下空隙。與其他技術(shù)相比，使用造孔劑可以輕松控制制造材料的孔隙率水平。
在這種情況下，可以在陶瓷坯體上施加更高的燒結(jié)溫度，從而提升所制備的輕質(zhì)材料的機械強度。
目前使用的成孔劑可分為兩類：有機材料和無機材料。
常用的有機造孔劑包括淀粉、稻殼、塞拉戈、PMMA微球和核桃殼，而常用的無機材料包括煤灰和碳。
成孔劑的形態(tài)與制備的輕骨料中的孔之間存在明顯的關(guān)聯(lián)。因此，孔的分數(shù)、大小和形態(tài)與所選的成孔劑直接相關(guān)。
該技術(shù)的關(guān)鍵因素是所用孔形成劑的類型、添加量和粒徑。
添加成孔劑通常與其他技術(shù)結(jié)合使用，以制造具有改進性能的輕質(zhì)骨料。
直接發(fā)泡
在直接發(fā)泡技術(shù)中，泡沫首先通過發(fā)泡劑和水的混合物發(fā)泡來生產(chǎn)。然后將泡沫和原料漿料混合成型，干燥燒結(jié)后得到多孔材料。然而，這種方法的主要缺點是孔徑大。
通常，使用直接發(fā)泡制造的多孔材料的平均孔徑高達200-300μm;這些材料具有較低的機械強度，并且對爐渣侵蝕的抵抗力很差。因此，使用這種方法制造的多孔材料應(yīng)用于絕緣層，而不是作為耐磨襯里。
超塑性發(fā)泡
超塑性被定義為材料在載荷下表現(xiàn)出相當(dāng)大的伸長率的能力，表明陶瓷在應(yīng)力作用下可能發(fā)生塑性變形。
首先，應(yīng)選擇合適的原料，在高溫下生產(chǎn)出具有超塑性的陶瓷體。
通常，陶瓷材料只有在晶粒尺寸小于1μm時才表現(xiàn)出高溫超塑性。因此，使用的起始材料主要是納米級或亞微米級粉末。
其次，該技術(shù)需要添加高溫發(fā)泡劑，這些發(fā)泡劑是在高溫下被氧化或分解的無機材料，例如SiC，Si3N4和羥基磷灰石。
首先將原料和高溫發(fā)泡劑壓實以獲得坯體。然后在低于高溫發(fā)泡劑的氧化或分解溫度的溫度下燒結(jié)生體以產(chǎn)生致密的陶瓷塊體。接著，陶瓷塊體在較高溫度下再加熱，通過高溫發(fā)泡劑生成氣態(tài)物質(zhì)。
由于氣體的分壓和陶瓷基體的超塑性，在陶瓷材料中形成了閉合的孔隙。
超塑性發(fā)泡方法主要用于制造輕質(zhì)氧化鋁和氧化鋯，因為它們具有良好的高溫超塑性。制材的性能主要受原料和高溫發(fā)泡劑的類型、粒徑、用量的影響。此外，還引入了某些添加劑以提升氧化鋁和氧化鋯的超塑性。
原位分解技術(shù)是所有工藝路線中較經(jīng)濟的方法，然而，通過原位分解技術(shù)制造的輕骨料通常具有高開孔率。
部分燒結(jié)和添加成孔劑方法為制備孔隙率低于20%的輕骨料提供了簡單而廉價的方法。直接發(fā)泡技術(shù)比上述三種方法具有更高的成本。
超塑性發(fā)泡路線在生產(chǎn)具有高閉合孔隙率的輕骨料方面具有顯著優(yōu)勢。但是，由于使用的起始材料主要是納米級或亞微米級粉末，因此超塑性發(fā)泡的成本較高。
基于以上對輕質(zhì)耐磨襯里耐火材料的原理應(yīng)用和制作工藝的系統(tǒng)概述，未來研究方向應(yīng)專注于為輕質(zhì)骨料開發(fā)新的工藝路線如引入增材制造技術(shù)(3D打印)或新型核殼結(jié)構(gòu);
深入輕質(zhì)耐火材料使用性能和降解行為的內(nèi)在機理和進行工業(yè)爐耐火爐襯的一體化設(shè)計。
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