轻质耐火材料的种类
发布日期： 2020-06-28 18:09:44 阅读量（525） 作者：目前按化学矿物组成分类主要有黏土质、高铝质、硅质、硅藻土质、蛭石质、氧化铝质与莫来石质等轻质隔热耐火材料且比较新研发的还有铝酸钙质轻质耐火材料下面就目前常用的其中几种作简单介绍。
1、膨胀蛭石及制品
蛭石是一种含结晶水的铁、镁硅酸盐矿物化学式为(Mg•Fe2+Fe3+3•[(Si,Al)4O4(OH)2]•4H2O其理论化学组成为MgO24.62%Fe2O34.43%SiO236.71%Al2O314.15%H2O20.9%。
蛭石能作为保温材料其实与它的结构特点相关它是被存在于两个硅氧四面体层之间的氢氧化镁或氢氧化铝八面体连接由于两硅氧四面体层之间存在结合水当其加热到800-1000℃时层间水分子迅速蒸发产生压力使两层分离进而造成很大的体积膨胀一般可胀大20~30倍真密度可从2.32~2.8g/cm3下降到0.9g/cm3左右。经膨化处理后的蛭石呈片状含有大量小气孔堆积密度一般为0.1~0.39g/cm3常温导热系数为0.052~0.063W/(m•K)有良好的隔热与吸音性能。
一般情况下也可用水泥、水玻璃及沥青等为结合剂通过轻压与振动等成型方法制成不同的形状经热处理后做成蛭石制品但其使用温度不高强度也较低应用受到很大限制目前对其的研究主要集中于改性提高其强度等方面。
2、轻质莫来石及其制品
莫来石是铝硅系材料中唯一稳定的二元化合物其二元相图见图1。其易形成铝硅固溶体其固溶体基于2Si4++O2-=2Al3++为氧空位氧化铝固溶范围很大一般可从50%~90%。莫来石晶体是由[AlO4]和[SiO4]四面体沿c轴无序排列组成双链双链间由[AlO6]八面体相连Al2O3在其间起到稳定骨架支撑作用随着Al/Si比的变化结构中出现不同程度的氧空位使莫来石晶格间空位较多结构疏松而正是此种连庄结构排列使得莫来石晶型生长成柱状或者针状而正是由于此类晶型的穿插其中进而使得莫来石具有很多良好的特性如其本身具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点。
图1 Al2O3-SiO2系相图
我国有着十分丰富的铝矾土资源而其所制备的轻质莫来石耐火材料具有耐高温、热震稳定性好、抗氧化、耐腐蚀等优点是目前应用最广的隔热耐火材料之一常常被用在窑炉炉衬、氧化铝实验窑等设备中一方面具有气孔率高、体积密度低、热导率低等优点另一方面强度高具有优良的高温使用性能。良好的解决了目前国内生产的轻质隔热耐火制品强度低、荷重软化点低和抗热震性差缺点。多孔莫来石刚玉材料其具有多孔或纤维状结构导热系数小、保温和吸声效果好被广泛用作钢铁、化工等行业窑炉的保温层和建筑行业耐火保温层及隔音层。
而轻质莫来石骨料制备工艺多种多样如有机物添加法、发泡法等都可进行制备将其运用于轻质浇注料中能产生巨大的经济和社会价值。
3、轻质刚玉及其制品
一般轻质刚玉隔热制品的主要制法其一是以氧化铝为主要原料用燃尽物法或发泡法所制得另一种是以氧化铝空心球为主要原料制得其使用温度可达1600℃以上可用于使用温度较高和火焰直接接触的苛刻部位所以引得人们的重视。
燃尽物法和发泡法制备轻质材料在以上制备方法中做过介绍这里不再赘述下面主要介绍氧化铝空心球制品。
氧化铝空心球制品是一种优异的轻质隔热耐火材料其可用于1600℃以上的工业窑炉中直接作为工作衬使用。其特点是先制成氧化铝空心球然后再用氧化铝空心球为主要原料加入结合剂经压制、干燥烧成后得到的耐火材料。所以氧化铝空心球的制造是其关键。
表1空心球的结构类型与化学组成及物理性能的关系
目前工业上生产氧化铝空心球的方法多为电熔喷吹法其成球过程大致为低碱工业Al2O3→高温熔化→高压空气吹起→熔滴抛物线落下→进一步冷却→熔体凝固体积收缩形成中空球。其中吹制工艺能直接影响凝固过程中的程度熔料的成分对熔体的表面张力、黏度等造成影响这些都会对空心球的壁厚与堆积密度产生很大影响而这些又将会直接影响以氧化铝空心球为原料的制品中的体积密度、导热系数。表1给出了3种不同结构类型的空心球与化学组成及物理性能的关系。
可以看出氧化铝空心球的热导率都较低是一种优质的轻质隔热原料。但是氧化铝空心球也有其缺点且其难以制得体积密度很低的制品因而其在实际制品中的隔热性能可能受到影响其烧成温度较高工艺较难控制生产成本较高较难得到大范围的推广使用。
4、轻质六铝酸钙及其制品
作为轻质骨料的一种六铝酸钙(CaAl12O19简写为CA6)是铝酸钙系中A12O3含量最高的物相其理论密度达到3.38g/cm3熔点为1875℃在含铁熔渣中的溶解度较低在还原气氛中的稳定性高在碱性环境中的化学稳定性好主要结晶区大在几种多元系中有着较低的溶解性对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低另外它的热膨胀系数为8.0×10-6℃-1与A12O3的十分相近可以和氧化铝以任何比例混合使用而不会造成裂痕。这些优异特性使CA6在高温行业的应用前景十分广泛。
乌克兰Vladimir2002年早在第二届耐火材料国际研讨会上便对在传统陶瓷制备工艺基础上添加分散可烧失造孔剂制备孔径达微米级的超低热导率CA6隔热材料作出了相关报告。制备出的CA6多孔隔热材料其体积密度一般为1.2~1.3g/cm3气孔孔径集中在l~5μm晶粒尺寸为4~8μm。材料中CA6晶体有两种形貌结晶良好的六方片状晶粒尺寸在l~3μm六方片状晶体沿基面结合生成致密物质在气孔和靠近气孔的地方形成拉长的棱柱状晶体。1450℃温度时不能完全生成CA6存在铝酸钙中间相和残余的α-A12O3物相1580℃时主要生成CA6国外已有研制表明温度升高至1650℃和1720℃时成熟的主晶相不发生变化仅仅CA6衍射峰强度增加。Vladimir采用该工艺制备出的CA6多孔材料的冷态耐压强度可达5.5~7Mpa650℃温度测定下得热导率为0.32~0.34W/m•k。
美国Alcoa公司利用烧结法生产出了高纯微孔六铝酸钙轻质原料SLA-92和新型致密六铝酸钙耐火材料骨料Bonite。SLA-92轻质原料和Bonite耐火材料骨料的典型指标见表、表3。SLA-92和Bonite的微观组织主要由板片状CA6晶体和气孔构成且其显气孔孔径主要集中在l-6μm其晶体未见等轴状大部分片状晶体的厚度小于100nm径向尺寸小于5μm晶体之间以点接触为主这种晶体显微结构类似于陶瓷纤维导致其热导率极低。另外CA6的片状晶体间相互交错增强了骨料的强度同时也使其内部有较高的气孔率而Bonite的片状CA6晶体则紧密结合其间有少量的微气孔。
表2SLA-92典型指标
表3Bonite典型指标
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