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硅溶胶在不定形耐火材料中的应用及现存的问题

发布日期: 2021-01-13 10:23:03    阅读量(121)    作者:

20世纪80年代末,硅溶胶结合浇注料开始投入实际使用。以硅溶胶为耐火材料的结合剂时,其表面的硅羟基(Si-OH)会发生脱水缩合反应,形成硅氧硅(Si-O-Si)结合的网络结构,如图1所示,从而为材料提供强度。

图1硅溶胶的结合机理

王玺堂等以硅溶胶为结合剂制备了刚玉质浇注料,并对其流动性及常温性能进行了研究。结果表明:硅溶胶结合浇注料具有较好的流动性和常温力学强度,且其高温抗折强度显著高于水泥结合浇注料。并且柠檬酸的加入可以改善硅溶胶结合材料的粘度,促进基质的凝结硬化,进一步为材料提供强度。Chen等人也比较了分别以硅溶胶、水泥为结合剂的铝-碳化硅-碳湿法喷补料的抗折强度。由于硅溶胶中含有的纳米二氧化硅粒子,增加了喷补层与待喷补面间的结合面积,加快了固体扩散速度,从而使得材料能更好的烧结。因此,硅溶胶结合喷补料的常温抗折强度较高,且综合性能优于以水泥为结合剂的喷补料。

徐勇等人分别以硅溶胶、硅微粉为结合剂制备了镁质耐火浇注料,并对其进行了对比。结果表明:以硅溶胶为结合剂的试样中,镁橄榄石相发育更加完全,

经1400℃热处理后,硅微粉和硅溶胶同时加入时比单独添加硅溶胶、硅微粉试样的力学强度更优异。蔡艳芝等人的研究也表明,硅溶胶的加入,不仅可以提高材料的烧结,还可提高材料的断裂韧性、高温强度和高温抗蠕变性。

M.Nouri-Khezrabad等人以高固含量的硅溶胶为结合剂制备了耐火浇注料,并与以水泥、ρ-氧化铝为结合剂的材料进行了对比。在养护后,以水泥和ρ-氧化铝为结合剂试样的强度是由水化反应来提供的,而以硅溶胶为结合剂试样是由脱水反应来使溶胶转为干凝胶,从而来为试样提供脱模强度的。对于材料的透气性来说,以水泥和ρ-氧化铝为结合剂的试样在水化过程中产生了密度较低的物相,透气性较差。而以硅溶胶为结合剂的试样在此期间不产生水化物,且胶凝后的结构透气性高,可快速烘烤,这是溶胶结合的一大优点。同时,纳米尺寸的二氧化硅粒子可提高体系的反应活性,进一步促进材料的烧结性。

然而,硅溶胶结合材料的低温强度过低,限制了其大规模工业应用。针对这一问题,梁永和等通过引入合适的促凝剂、无机聚合物以及有机高效分散剂等添加剂,可以改善硅溶胶结合泵送料和喷注料的凝固过程,达到提高其早期强度的目的。与此同时,叶国田等也研究了不同分散剂对硅溶胶结合耐火材料的流变性能和强度的影响。结果表明:加入六偏磷酸钠能保证材料具有良好的流变性能以及一定的脱模强度。M.Nouri-Khezrabad等人还针对硅溶胶结合材料的脱模强度,尝试加入铝酸钙水泥和水合氧化铝,作为复合促凝剂来提高硅溶胶结合材料的早期强度,取得了一定的效果,但在材料中引入了水泥。吴呈祝通过在硅溶胶结合耐火材料中添加硅烷偶联剂(KH-570),改善其施工性能,且早期常温抗折耐压强度得到了明显的提高。

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