铝镁系浇注料常用的五类结合剂
发布日期： 2021-01-04 10:07:10 阅读量（1111） 作者：在铝镁系浇注料中，常用的结合剂主要有五类：
(1)水玻璃结合体系：
水玻璃由碱金属硅酸盐组成，具有良好的结合强度。根据碱金属氧化物种类分为钠水玻璃(Na2O・nSiO2)、钾水玻璃(K2O・nSiO2)和钾钠水玻璃(K・NaO・nSiO2)。主要自然风干和加热脱水形成凝胶而产生结合强度。
(2)磷酸和磷酸铝合体系：
工业磷酸分子式H3PO4・0.5H2O，棱柱形晶体，任意比例溶于水。磷酸分为三种，其中最稳定的是正磷酸，简称磷酸(H3PO4)。磷酸的结合机理是与材料中氧化物结合生成化合物以产生结合强度。
磷酸铝也可用作耐火材料结合剂，其通常是用磷酸与氢氧化铝反应制得，分磷酸一氢铝和磷酸二氢铝。
倪文等采用高铝矾土熟料和电熔尖晶石细粉为主要原料，磷酸作为结合剂，制备的尖晶石高铝浇注料具有良好的抗热震性和抗渣性。磷酸与尖晶石中游离MgO发生反应生成磷酸二氢镁，然后自动聚合成磷酸镁，从而产生强度。此方式结合还增长了施工时间并改善浇注料的抗水化性。
MgO+2H3PO4=Mg(H3PO4)2+H2O (1)
nMg(H2PO4)→nMg·2nPO3+2nH2O (2)
(3)MgO·SiO2-H2O结合体系：
此结合体系属于细粉凝聚结合，常见于矾土基浇注料中。此系统需避免引入CaO，因为CaO的引入会使系统高温下生成低熔点相，不利于材料的高温性能，且作用明显。较细的SiO2微粉可与水发生如下反应：
SiO2+H2O=Si-OH++OH- (3)
此系统的优点是材料中温处理后强度较高：M-S-H含结晶水较少，有利于快烘快干;高温下SiO2与MgO反应生成镁橄榄石，提高材料高温性能;并且SiO2可以改善浇注料流动性;缺点是抗渣侵蚀能力较弱。
(4)水合氧化铝结合：
在Al2O3的众多晶型中，只有ρ-Al2O3可以在常温下自发水化，其作为浇注料的结合机理是水化形成三羟铝石和勃姆石溶胶，反应如下：
ρ-Al2O3+2H2O=AI(OH)3+AlOOH (4)
ρ-Al2O3是非晶态物质，其内部的Al—O无序排列和电价短缺使其具有较大活性，水化反应快。常温下，自催化反应决定了ρ-Al2O3的水化速率随着温度的升高而变大。
但ρ-Al2O3水化反应较剧烈，难以控制，导致材料稳定性不强。
彭从华等研究对比水合氧化铝结合和水泥结合的铝镁质浇注料性能差异，结果表明：加入3wt%的水合氧铝结合的铝镁浇注料相比于水泥结合的浇注料，其抗渣性、抗渗透性及抗热震性更好。
富强等研究了不同结合系统结合铝镁质浇注料的特点，研究表明高温下形成的ρ-Al2O3周围会因水合氧化铝的脱水而产生微小收缩，由于此收缩形成的环状区域具有阻止裂纹扩展和缓解应力的作用，可以改善材料的抗热震性。
(5)铝酸盐水泥结合系统：
目前工业应用最多的铝镁质钢包透气砖及其它浇注料中多以铝酸钙水泥结合。以铝酸盐水泥为结合剂的浇注料常温下形成2CaO·Al2O3・8H2O和Al(OH)3胶体，具有较大的脱模强度;中温处理后强度较低：1400℃以上温度处理生成CA6，材料强度显著增大;过高温度使用易产生结构剥落而限制了使用。
沈继耀等研究了低水泥耐火浇注料(LCC)和超低水泥耐火浇注料(ULCC)，减少了水泥用量。在传统耐火浇注料中，水泥的加入量为10%~15%，而ULCC中水泥添加量仅有2wt%-3wt%。
铝酸盐水泥耐火浇注料强度变化机理嗍，其相对耐压强度(以110℃烘干耐压强度为100%计)与加热温度的关系。如图1所示，从图中可知，铝酸盐水泥浇注料成型初凝后，标准养护即可获得较高的常温强度;烘干后强度有所降低，这是由于水化产物2CaO・Al2O3・8H2O和AI(OH)3脱水导致。
铝酸盐水泥结合耐火浇注料的高温耐压强度特征是：在1000℃以下热处理时，其高温耐压强度与冷态耐压强度相差不大;随着温度升高，液相出现，降低了材料的高温强度;当温度继续升高至1350℃时，其高温耐压强度只有2MPa。
图1铝酸盐水泥耐火浇注料相对耐压强度与温度的关系
材料经过300℃左右的温度下加热，晶型转变快，排除游离水多，因此，相对强度降低较大，一般为18~25%。在300~900℃之间，材料中的游离水和绝大部分结合水烧失，显气孔率显著增大。温度在900~1200℃之间时，发生化学反应，生成CA和CA2，形成新的矿物结构，体积收缩。同时由于温度较低，烧结较低，材料内部结构疏松，强度显著减小，约为烘干后材料强度的一半。1200℃处理的试样，在显微镜下观察，其组织结构是由彼此分离、大小相差不大的块状物组成，所以强度最低。在1300~1400℃加热后，强度回升并大幅度提高，这是因为形成稳定产物CA6和实现陶瓷结合(图2)。
图2 Al2O3-MgO-CaO三元相图
李友奇等研究结果表明：1300℃时，刚玉和二铝酸钙为合成材料的主晶相，并开始发生CA2+m2O3→CA6反应;1400℃时，CA2大量减少，CA6大量生成;温度继续升至1500℃时，反应结束，材料主晶相为刚玉和CA6。
Sanchez-Herencia等研究表明：由于CA6晶粒生长具有各向异性，其晶型多为片状或针状结构，与氧化铝热膨胀系数相近，且与氧化铝相容性强，将其加入到氧化铝基陶瓷或涂层等材料中，对材料的力学性能有明显的提高。
DominguezC等研究了铝酸钙水泥结合浇注料中，CA6是材料基质部分高温下发生化学反应的产物，其片状晶形可以与尖晶石晶粒进行交叉，形成类似网络结构，能有效提高材料的强度。
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