不定形耐火材料用结合剂应该怎样选择？
发布日期： 2020-05-22 09:13:51 阅读量（483） 作者：结合相(结合剂)对耐火材料性能的影响较大，若结合相为低熔点物相，则材料在高温下的抵抗热、重负荷和耐侵蚀性能均会显著降低;反之，若结合相为高熔点晶相，则能改善上述性能。不定形耐火材料主要依靠结合相的作用使其结合为整体，结合相的性质在很大程度上对其常温、中温和高温性能起决定性作用。因此，在选择不定形耐火材料的结合相时，要尽量减少结合相对高温性能可能带来的不利影响。
不定形耐火材料用结合相的结合方式主要包括水合结合、化学结合、陶瓷结合、黏着结合和凝聚结合五类。
(1)水合结合是借助于常温下结合剂与水发生水化反应形成水化产物而产生结合，以此方式发生作用的结合剂主要有铝酸钙水泥、硅酸盐水泥、ρ-Al2O3、MgO+活性SiO2等。
(2)化学结合是借助于结合剂与耐火材料(氧化物集料)，或结合剂与硬化剂之间在常温下发生化学反应生成新化合物，聚合(缩合)交联而产生结合的，因此有时也称为聚合结合，使用该结合方式的结合剂有磷酸或磷酸盐(加或不加硬化剂)、硅酸钠或硅酸钾(加或不加硬化剂)、酚醛树脂(加硬化剂)等。
(3)陶瓷结合是在不定形耐火材料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉末，以大大降低液相出现温度，促进低温下固-液反应的进行，因此也称为低温烧结结合。此类结合剂的代表主要是某些硼酸盐、氟化物和硼、钠玻璃等，金属粉末有Si、Al、Mg等粉末。
(4)通过黏着结合方式发生作用的结合剂多数为有机结合剂，如糊精、糖蜜、阿拉伯树胶、纸浆废液、羧甲基纤维素、沥青、聚乙烯醇、乙烯基聚合物、酚醛树脂等。其中有些属于暂时性结合剂，经高温处理后会燃烧掉;有的属于永久性结合剂，经高温处理后会碳化而形成碳结合。此外，也存在一些无机结合剂具有黏着结合作用，如磷酸二氢铝、水玻璃等。
(5)凝聚结合就是靠微粒子(胶体粒子)之间相互吸引紧密接触，借助于范德华力而结合在一起，在使用时须加凝聚剂才能使胶体粒子发生凝聚而产生结合。可产生凝聚结合的材料有黏土微粉、氧化物超细粉(SiO2、Al2O3、TiO2、Cr2O3等)、硅溶胶、铝溶胶和硅铝溶胶等。
目前，结合剂选用原则主要遵循两个原则，即与材质的匹配原则、与施工方法的适用原则：
(1)与材质的匹配原则
不定形耐火材料结合剂选用原则首先考虑与材质匹配原则。对于同类结合剂，由于化学纯度、组成不同，其耐高温性能也不同。所选用的结合剂不应明显降低材料的高温性能，降低材料档次和牌号。选用水合、凝聚结合剂的化学组成与主材质的尽可能相一致，这样便可制得所谓“自结合”的浇注料，由此尽可能避免结合剂作为杂质而产生低熔点相。由于无机类结合剂多数含有降低耐火材料高温性能的有害杂质(如CaO、Na2O、K2O等)，为了提高高温使用性能，不定形耐火材料的结合方式已由水合结合和化学结合向凝聚结合的方向发展。低水泥、超低水泥结合浇注料就是水合结合和凝聚结合的复合，由此大幅度减少了CaO等杂质含量。此外，选用结合剂要考虑其与所用原料的润湿性、黏结性等因素。结合剂应不与其所用的耐火原料发生激烈的促凝反应。
(2)与施工方法的适应性
所谓施工方法的适应性，就是要考虑结合剂的凝结硬化方式、凝结时间、对材料流变特性等的影响。浇注料应选用产生水合结合、化学结合、凝聚结合的结合剂。常见不定形耐火材料用结合剂列于表1。
表1 常见不定形耐火材料的结合剂
根据以上不定形耐火材料原理中主晶相、次晶相、结合相的匹配原则，本文确定以镁铝尖晶石作为主晶相，其作用是提供浇注料的抗硫碱侵蚀性、抗结皮性、耐高温性能。以MgO微粉、Al2O3微粉、活性SiO2、H2O作为结合相，在常温下通过MgO微粉发生水化反应，进而与SiO2反应产生化学结合，还依靠微粉的凝聚结合，形成复合结合方式，提供浇注料足够的常温强度;在中高温下，MgO、Al2O3和SiO2发生化学反应生成与堇青石矿物组成相似的陶瓷结合相，提供浇注料的中高温强度。以堇青石作为次晶相，其作用之一是与镁铝尖晶石复合，利用两者之间热膨胀系数的差异，使得浇注料骨料之间、骨料和结合相之间产生微裂纹或弱界面，能够吸收由于温度急变而产生的热应力，提高浇注料的抗热震性;其作用之二是堇青石矿物组成和浇注料结合相组成相似，没有引入异类组分而降低浇注料的中高温性能。根据相图分析，结合相的平衡组成落在镁铝尖晶石(MA)和堇青石(M2A2S5)连线位置的附近。
对实验所用各种原料的物相或粒度进行了分析，如镁铝尖晶石微粉、MgO微粉、Al2O3微粉。
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