輕骨質(zhì)耐火材料的原理、制造與應(yīng)用（Ⅱ）

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此外，已有鋁酸鈣和尖晶石的輕質(zhì)多孔聚集體出現(xiàn)。

與普通致密耐火材料相比，用這種輕質(zhì)骨料制造的輕質(zhì)耐火材料表現(xiàn)出較低的堆積密度和導(dǎo)熱性。然而，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是材料的抗渣侵蝕性和機(jī)械性能。

為了獲得具有保證抗?fàn)t渣腐蝕和應(yīng)力破壞的輕質(zhì)耐火材料，研究人員已經(jīng)進(jìn)行了多次嘗試來制造具有高比例閉孔和小孔徑的輕質(zhì)骨料。

超塑性發(fā)泡法是一種解決方法，可以制造具有高體積分?jǐn)?shù)細(xì)閉孔的陶瓷。此外，通過添加納米添加劑也可獲得輕質(zhì)微孔氧化鋁、鋁土礦和氧化鎂材料。

在這些材料中，閉合孔的比例約占總孔的40-70%。由于孔徑減小，與致密材料相比，制造的輕質(zhì)材料可以顯示出更好的抗渣腐蝕性。

二、輕骨料及其五種制造工藝

由于大部分輕質(zhì)耐火材料都是通過用輕骨料代替致密骨料來生產(chǎn)的。因此，輕質(zhì)耐火材料的性能取決于輕質(zhì)骨料的結(jié)構(gòu)和性能。

通常，制造輕骨料的工藝路線適用于多孔陶瓷的加工。但是，對(duì)于輕骨料的制備，應(yīng)考慮大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的成本和操作便利性。

目前尚未采用復(fù)雜、精細(xì)且昂貴的方法，如溶膠-凝膠法、凝膠澆注、冷凍干燥和使用復(fù)制模板，來制造輕質(zhì)骨料。此外，雖然孔隙的連接結(jié)構(gòu)被設(shè)定為多孔陶瓷的目標(biāo)，但在輕骨料的制造過程中需要高閉合孔隙率比例。基于上述考慮，下文將介紹制造輕骨料的五種工藝。

部分燒結(jié)

部分燒結(jié)是制造輕骨料較常用的方法。

如圖3所示，該方法的主要原理是通過添加某些添加劑來穩(wěn)定起始粉末顆粒之間的空隙。添加劑可以是比起始材料尺寸更小、表面活性更高的顆粒，或者在熱處理過程中可以形成液相的燒結(jié)助劑。使用添加劑，起始粉末顆粒被縮頸，因此，空隙保留在材料中。

在局部燒結(jié)技術(shù)中，應(yīng)準(zhǔn)確控制添加劑的添加。如果添加劑添加量少，則很難穩(wěn)定多孔結(jié)構(gòu);然而，由于其高表面活性和形成液相的趨勢(shì)，添加過量的添加劑可能導(dǎo)致輕骨料的燒結(jié)致密化。

此外，晶粒粗化(奧斯特瓦爾德熟化過程)可能發(fā)生在液相燒結(jié)過程中。隨著液相的形成，較小的晶?？赡軙?huì)部分溶解到液相中并在較大的晶粒上沉淀，從而導(dǎo)致晶粒變粗。

局部燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)是可以提升材料的密度和強(qiáng)度，同時(shí)還可以改善材料的耐磨性和耐腐蝕性。缺點(diǎn)是可能會(huì)導(dǎo)致材料的變形和裂紋，影響材料的性能和壽命。此外，局部燒結(jié)還需要耗費(fèi)大量的能源和時(shí)間，增加了制造成本。

原位分解

原位分解技術(shù)涉及使用可分解的無機(jī)物，如氫氧化物、碳酸鹽和氫硅酸鹽作為原料。

這些材料在熱處理過程中的分解導(dǎo)致顆粒的體積收縮，從而形成空隙。

此外，分解時(shí)產(chǎn)生的產(chǎn)物是具有高表面活性的細(xì)顆粒。

由于分解產(chǎn)物具有良好的燒結(jié)性，孔隙率結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因此，這樣生產(chǎn)的輕骨料的孔隙率形態(tài)和性能受原材料的類型、添加量和粒度以及形成和燒結(jié)過程的技術(shù)參數(shù)的影響。

研究學(xué)者們使用三種不同的含鎂礦物(堿式碳酸鎂，水滑石和菱鎂礦)作為原料制造多孔氧化鋁尖晶石材料。

與其他兩種原料相比，菱鎂礦中較高的雜質(zhì)含量促進(jìn)了熱處理過程中液相的形成。

這導(dǎo)致顆粒之間的粘合程度更高，從而提升機(jī)械強(qiáng)度并減小孔徑。這種效果在菱鎂礦中尤為明顯，菱鎂礦含有較高含量的二氧化硅和氧化鋁雜質(zhì)。

液相和新相的量是影響制備的輕骨料孔形貌和性能的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

一方面，隨著液相生成量的增加，燒結(jié)過程會(huì)得到促進(jìn)，從而減小孔徑和孔隙率。另一方面，在新階段的形成過程中會(huì)產(chǎn)生體積擴(kuò)張。

當(dāng)形成少量新相時(shí)，這種體積膨脹可能會(huì)填充空隙，從而減小孔徑和孔隙率。然而，過量的新相會(huì)阻礙燒結(jié)致密化，導(dǎo)致孔徑和孔隙率增加。

液相和新相的量在很大程度上取決于可分解原料的含量，因此，應(yīng)嚴(yán)格控制所用原料的成分。采用原位分解法制備的輕骨料較重要的限制是高開孔率，導(dǎo)致材料的抗渣性和力學(xué)性能不理想。