轻量骨料是制备轻量耐火材料的主要组分,从一般意义上讲,使用轻量骨料代替致密骨料是轻量耐火材料区别于重质耐火材料的一个主要特点。从耐火材料使用角度上讲,除了要求轻量骨料具有较低的体积密度和热导率、较高的闭气孔率外,其还应具有较低的开口气孔率和吸水率,这是其区别于多孔陶瓷的重要特征,由此不会由于它的引入过多耐火材料的抗工作介质侵蚀性能和承载能力,也不至于对耐火材料的制备带来大的影响。下面就轻量骨料的制备、基本原理和相关原料体系进行简要介绍。
1.1 部分烧结法
对耐火原料的制备尤其是合成原料通常要进行烧结或熔铸,致密耐火原料通常是越致密越好是达到致密化烧结,此时原料强度高、抗工作介质侵蚀性能好。在原料合成中,通过控制工艺(包括原料粒度、成型、成型压力、烧成温度、保温时间等)可以使耐火原料部分烧结,在内部保留一部分封闭气孔,从而达到原料体积密度和热导率的目的。但作为骨料,要求其具有足够高的承载能力和抗侵蚀性能,同时为了兼顾耐火材料制备的工艺性要求,还需要具有较低的吸水率(一般低于5%),开口气孔率较低。的结构是内部包含较高的封闭气孔,表皮具有较高的致密度。
杜博等通过湿法球磨、浇注成型、1830℃烧成的工艺,研究了氧化铝粒度对轻量刚玉骨料的体积密度、气孔孔径分布以及热导率的影响,制备出体积密度在3.2~3.5g/cm3的轻量刚玉骨料,其在800℃的导热系数比普通板状刚玉低25%~42%;采用氧化铝微粉可以闭气孔率更高、气孔尺度更小的轻量刚玉骨料。Deng等研究了素坯成型压力对氧化锆陶瓷致密化的影响,对比表面积为15.4m2/g氧化铱的四方氧化锆粉料,分别采用30MPa和75MPa单向加压成型,的素坯相对密度分别为40%和44%。图1为保温30min时烧成温度对试样相对密度的影响,图2和图3分别为相对密度对试样强度、断裂韧性、弹性模量以及断裂应变的影响。由于原料粉体存在团聚,低的成型压力烧成试样具有较多的孔洞和裂隙,从而致使试样致密度、强度、断裂韧性和断裂应变较低,但弹性模量相近。Nanjandug等采用挤出成型研究了氧化铝陶瓷致密度对强度和杨氏模量的影响,图4为相对密度对氧化铝陶瓷弯曲强度的影响,由图4可见,在烧结初期致密度的小幅,强度较为明显地增大。
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