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耐火材料原材料：影响合成堇青石材料性能的因素

发布日期： 2020-05-07 08:13:27 阅读量（375）作者：秦梦黎

众所周知，天然堇青石原料极少，耐火材料生产使用的堇青石材料大部分为合成材料，影响合成堇青石材料性能的因素有很多，诸如合成原料的种类、原料的化学组成、杂质离子和煅烧保温时间等。

采用堇青石为主要原材料生产的莫来堇青石匣钵

(1)原料化学组成的影响

前期研究得出：堇青石的理论组成为13.4%MgO，34.9%Al2O3和51.4%SiO2，同时研究结果显示这种陶瓷坯体的瓷化温度范围是很短的，促使其不能在工业上所使用的窑炉中来烧制合成出相应的制品。综合大量的研究结论可知：若需要在低温下合成堇青石材料，就需要在合成堇青石材料时原料配方组成略偏向于MgO和Al2O3的这一侧的方向的。

(2)杂质离子的影响

采用天然原料合成堇青石材料时，由于原料中杂质相的存在，对其性能存在一定的影响。

由于天然堇青石矿物数量少且性能差，要获得既具有一定的强度又有较长的使用寿命堇青石质制品，同时向节能、优质、产量大发展，高纯堇青石材料一般需要采用高纯超细的Al2O3、MgO和SiO2粉体合成，最高合成温度高达1440℃。由于此种原料的成本高、能源消耗很大，因而该制备方法无法得到广泛地应用。虽然高纯度的原料能够合成出高纯度的堇青石，但是原料纯度太高，其中杂质很少，会导致晶体中形成的杂质缺陷的浓度低，不利于粒子的扩散，这样会使固相反应速度慢、烧结致密度变差，影响堇青石材料的强度以及使用寿命。研究表明：原料中某些杂质的存在，不仅可以拓宽堇青石的烧成温度范围，而且能大大地提高堇青石材料的使用寿命。然而，某些杂质的存在，或者杂质含量超出一定的范围，对于堇青石晶体的形成又是不利的。

从MgO-SiO2-Al2O3三元相图可知：合成堇青石的温度范围是较窄的，因而在实际生产过程中常常会加入如Na2O、BaO、Fe2O3和TiO2等少量杂质，它们既能降低合成温度又能扩大合成范围。国内学者在研究低温下合成堇青石时，认为CaO、Na2O、Fe2O3等氧化物均能在一定程度下参与堇青石晶体结构的形成。由于Ca2+半径大于Mg2+，可以进入堇青石晶体结构中造成晶格畸变，形成应力空位，从而降低合成温度，拓宽堇青石材料的烧成温度范围。同时，有研究表明：TiO2、BaCO3、LiCO3、ZrO2等均能在不同程度上降低堇青石材料的热膨胀系数。综上可知：这些外加剂的引入即能改善和促进堇青石的烧结，又可以降低其热膨胀系数，从而提高材料的抗热震性能。

(3)合成原料的影响

当采用滑石和高岭土合成堇青石材料时，高岭土的粒度也是影响堇青石材料热膨胀系数的主要因素之一，当选用合适粒度分布的原料时，将有利于堇青石晶粒的取向排列。

(4)保温时间的影响

合成堇青石时，在合适的烧成温度下延长保温时间，有利于堇青石晶体发育，。大量研究表明：在一定范围内保温时间越长，堇青石晶粒的发育将趋于完善，堇青石材料的热膨胀系数也会越低。