耐火材料的發(fā)展趨勢和新技術(shù)

1、本科課程論文題目：耐火材料的發(fā)展趨勢和新技術(shù)學(xué) 院:材料與冶金學(xué)院專 業(yè):無機非金屬材料工程學(xué) 號:2009021280學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:日 期:2012.12.26武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文摘要 作為現(xiàn)代工業(yè)窯爐不可或缺的耐火保溫材料，硅酸鋁纖維在倡導(dǎo)節(jié)能高效的今天顯得尤為重要。傳統(tǒng)硅酸鋁纖維材料主要以定形制品如板、氈、毯為主，受到強度及施工條件的限制，不能廣泛的應(yīng)用于需滿足一定強度和施工條件較為復(fù)雜的窯爐部位。 本文概述了近年來定型和不定型耐火材料的總體發(fā)展趨勢和新技術(shù)，為耐火材料的研究和使用提供參考。目錄1 耐火材料的總體發(fā)展趨勢12 定型耐火材料的發(fā)展趨勢和新技術(shù)22.1 定

2、形耐火材料的發(fā)展趨勢22.2 定形耐火材料新技術(shù)23 不定形耐火材料的發(fā)展趨勢和新技術(shù)33.1 不定形耐火材料的發(fā)展趨勢33.2 不定形耐火材料新技術(shù)44 纖維澆注料的強度研究54.1 硅酸鋁纖維的基本性能64.2 骨料對纖維澆注料強度的影響84.3 基質(zhì)對纖維澆注料強度的影響94.5 硅酸鋁纖維的導(dǎo)熱性研究125 硅酸鋁纖維施工方式的研究135.1 模塊結(jié)構(gòu)及層鋪結(jié)構(gòu)135.2 纖維噴涂結(jié)構(gòu)136 課題的提出13參考文獻(xiàn)14武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文1 耐火材料的總體發(fā)展趨勢近年來，隨著冶煉技術(shù)和鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，耐火材料也實現(xiàn)了一系列重大技術(shù)變革，正逐步由依賴于天然原料、大批量生

3、產(chǎn)的原始制品群向以多品種、小批量、人工原料、開發(fā)和設(shè)計等為原則的精密、高級制品系列轉(zhuǎn)變，即由古典耐火材料向多樣化的新型耐火材料轉(zhuǎn)變。這些表征著近年來耐火材料總體發(fā)展趨勢的變革，概括起來可以歸結(jié)為以下幾點:（1）高純度化在各國的耐火原料中，那些純度較低的天然原料，由于所含大量雜質(zhì)的不良影響和使用性能的不足，其用量正日趨減少，如硅石、粘土等。相應(yīng)地，那些雜質(zhì)少、性能優(yōu)異的高純度天然原料或經(jīng)過提純的天然原料，如鋯英石、石墨等，用量正日趨增加。同時，電焙鎂石、碳化硅、尖晶石等人工合成原料的開發(fā)和應(yīng)用，也日益受到各研究和應(yīng)用部門的關(guān)注與重視。（）致密化由于使用過程中，對耐火制品的強度和高溫性能的要求越來

4、越高，耐火制品，特別是耐火磚，正走向致密化、長尺寸、大型化的方向發(fā)展。相應(yīng)地，高壓成型、高溫?zé)杉夹g(shù)也在不斷發(fā)展。（）精密化隨著冶煉技術(shù)和鋼鐵等工業(yè)的發(fā)展，耐火制品的形狀日趨復(fù)雜，性能要求也日趨精細(xì)。因而，各國耐火材料的配比、性能和生產(chǎn)工藝的設(shè)計，甚至施工技術(shù)都日趨精密化。其中，連鑄用耐火材料是精密化趨勢最為集中最為突出的代表；同時還在朝著功能化的方向發(fā)展。（）含碳耐火材料不斷普及由于炭素材料具有吸收高溫下因高強度、熱膨脹或急劇溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，能防止熔融金屬或爐渣浸潤的特性，含碳耐火材料在各國都得到了相當(dāng)程度的普及和應(yīng)用，而且正在不斷發(fā)展，其典型代表是鎂碳磚、鎂鈣碳磚。（）氧化物與非氧化

5、物復(fù)合材料的開發(fā)70 年代后期以來，世界耐火材料發(fā)展的一個突出成就是碳結(jié)合耐火材料的興起和迅速發(fā)展，如鎂碳磚、鎂鈣碳磚、鋁碳材料、鋁鋯碳材料等。然而，碳結(jié)合材料的弱點是抗氧化性和強度較低。綜合考慮高溫性能，可以發(fā)展成為具有優(yōu)良高溫性能的高技術(shù)耐火制品，可用于條件復(fù)雜、苛刻的特定高溫部位的氧化物與非氧化物復(fù)合材料的開發(fā)，成為耐火材料近年來和今后的又一發(fā)展方向。其中，氧化物包括氧化鋁、鋯剛玉、莫來石、氧化鋯、鋯英石、氧化鎂等；非氧化物包括碳化硅、氮化硼、賽隆、硼化鋯等。氧化物與非氧化物復(fù)合材料，有直接結(jié)合、反應(yīng)結(jié)合和碳結(jié)合等不同的工業(yè)途徑。近年來的開發(fā)研究結(jié)果表明，與碳結(jié)合材料相比，復(fù)合材料的常溫

6、和高溫強度要高得多，抗氧化性也好得多；與氧化物制品相比，復(fù)合材料具有顯著的高抗熱震性能。（）不定形比不定形耐火材料由于具有易于實現(xiàn)機械化、自動化施工，通過后期修補容易延長壽命，以及節(jié)約工時和材料等優(yōu)點，不定形耐火材料在總體耐火材料中所占比例正逐年上升。在國外，美國、日本和西歐等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的不定形率，近年來已超過$"%。我國對不定形耐火材料的開發(fā)和應(yīng)用，近幾年來也取得了相當(dāng)?shù)某删停⑶艺找媸艿礁餮芯亢蛻?yīng)用部門的重視。2 定型耐火材料的發(fā)展趨勢和新技術(shù)2.1 定形耐火材料的發(fā)展趨勢從技術(shù)的角度看，定型耐火材料近年來和今后的發(fā)展趨勢主要有以下三個方向。（）高耐用性和高級化由于鋼鐵等工業(yè)

7、的發(fā)展變化，高溫和侵蝕條件等增加了操作的難度，加速了耐火材料的損毀。因而開發(fā)在日益苛刻的操作條件和日益惡劣的使用環(huán)境中，可確保長壽命的高耐用性和高級耐火材料并實用化，是近年來也是今后定型耐火材料的主要發(fā)展趨勢。（）功能化定型耐火材料的另一趨勢是向優(yōu)化工藝與質(zhì)量的功能耐火材料方向發(fā)展。所謂功能耐火材料，即能起到類似機械部件作用的功能性耐火材料。目前，功能化最為突出，功能性耐火材料最主要的開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域是連鑄用耐火材料。如注入控制用和吹氣用滑動水口、長水口、浸入式水口、塞棒和滑板等。（）不定形耐火材料定型化隨著不定形耐火材料高新技術(shù)的研究與開發(fā)，可用不定形耐火材料來生產(chǎn)功能性定型制品。其優(yōu)點是不需

8、要復(fù)雜的定型機械和大噸位的成型機（如等靜壓機），同樣可以生產(chǎn)出適合使用的功能性耐火材料，如鋼包底吹氬透氣磚、顆粒澆注焙融石英水口等。2.2 定形耐火材料新技術(shù)近年來，國內(nèi)外發(fā)展較快、影響較大、應(yīng)用較多的定型耐火材料新技術(shù)主要有以下三項。（）鎂碳磚、鎂鈣碳磚鎂碳磚、鎂鈣碳磚是含碳耐火材料的典型代表。其特點是耐爐渣侵蝕和耐熱震性好。而鎂鉻質(zhì)及白云石質(zhì)制品的缺點，是與爐渣成分反應(yīng)生成變質(zhì)層產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落。鎂碳磚、鎂鈣碳磚通過石墨清除了這一缺點。其特點是將熔渣的反應(yīng)層限制在工作面上。鎂碳磚、鎂鈣碳磚是!" 年代開發(fā)的，近幾年來日趨成熟，被廣泛地應(yīng)用在堿性吹氧轉(zhuǎn)爐上，而且還在向其他應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。

9、（）凝固模耐火成型件凝固模耐火成型件技術(shù)是九十年代發(fā)展起來的，其陶瓷原料是莫來石、燒結(jié)鋁、鋯石和碳化硅混合，加入各種不可逆無機溶膠制成一種流變稠度適合于澆注的混合料，注入鑄模后，連同模具冷卻到凝膠溫度以下，溶膠固化，將凝固后的陶瓷部件從鑄模中取出、烘干，經(jīng)煅燒制成制品，制成的制品具有致密光滑的表面。使用凝模工藝制成的陶瓷耐火制品都具有一定的應(yīng)用特性，使高鋁耐火制品獲得了非機械加工得到的精確公差、低氣孔率和良好的抗熱震性，為熔煉超高溫不銹鋼提供了優(yōu)良的耐磨性和耐蝕性。（）直接金屬氧化直接金屬氧化工藝，是"# 年代后期發(fā)展起來的用于生產(chǎn)陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的工藝。生產(chǎn)的復(fù)合材料系列有碳化硅微

10、粒與氧化鋁基質(zhì)料、碳化硅或氧化鋁纖維與氧化鋁基質(zhì)料、硼化鋯晶片與碳化鋯基質(zhì)料、碳化硅或氧化鋁微粒與鋁金屬基質(zhì)料等復(fù)合材料。直接金屬氧化工藝首先是通過單軸加壓或澆注制作預(yù)成型件。預(yù)成型件在9001000下與熔融金屬接觸時迅速反應(yīng)，!氧化鋁或氮化鋁等從預(yù)成型件與合金的有氧界面開始，直接進(jìn)入到預(yù)成型件中，毛細(xì)作用把熔融金屬通過孔道送至生長前沿，使氧化反應(yīng)一直維持到反應(yīng)前沿。反應(yīng)生成的復(fù)合材料具有連續(xù)互連的陶瓷和金屬相，具有高的韌性和強度及優(yōu)良的耐蝕性。并且具有足夠的微裂紋以抵抗熱沖擊。用直接金屬氧化工藝生產(chǎn)的氧化鎂鋁的氮化物復(fù)合材料，可用于盛鋼桶和中間包的滑動水口，高爐風(fēng)口和浸入式水口。與樹脂結(jié)合氧

11、化鋁材料相比，mgalnal復(fù)合材料具有類似的機械性能和抗熱震性，耐磨性增加了一倍，并具有良好的抗侵蝕性。3 不定形耐火材料的發(fā)展趨勢和新技術(shù)3.1 不定形耐火材料的發(fā)展趨勢不定形耐火材料的發(fā)展趨勢同燒成耐火材料制品相比，不定形耐火材料具有生產(chǎn)周期短，節(jié)約能源，整體性好，適應(yīng)性強，綜合使用效果好等優(yōu)點。因此，不定形耐火材料的發(fā)展十分迅速，已成為今后耐火材料總體發(fā)展趨勢之一。不定形耐火材料自身的技術(shù)發(fā)展趨勢有以下幾方面。（1）材質(zhì)方面不定形耐火材料的材質(zhì)，近年來正由中性、酸性氧化物材料向堿性氧化物材料和氧化物與非氧化物復(fù)合材料發(fā)展，由低純度向高純度發(fā)展，所用的原料則由以天然耐火原料為主向人工合成

12、耐火原料發(fā)展。（2）結(jié)合方式不定形耐火材料的結(jié)合方式，近年來循著水合結(jié)合化學(xué)結(jié)合水合結(jié)合+凝聚結(jié)合聚合結(jié)合凝聚結(jié)合的方向發(fā)展。（3）作業(yè)性能不定形耐火材料的作業(yè)性能，近年來循著由難觸變到易觸變再到無觸變（易流動）的方向發(fā)展。從流變學(xué)觀點來說，即從塑彈性向粘塑彈性與粘塑性的方向發(fā)展。（4）調(diào)合用水量不定形耐火材料調(diào)合用水量，近年來的發(fā)展趨勢是由高水分向低水分及無水分方向發(fā)展。3.2 不定形耐火材料新技術(shù)近年來，不定形耐火材料新技術(shù)有以下三項最為矚目。（）自結(jié)合不定形耐火材料自結(jié)合不定形耐火材料系指膠結(jié)劑的化學(xué)成分（或結(jié)合相）與被結(jié)合物的化學(xué)成分（或被結(jié)合相）是相似的材料。它是根據(jù)多元氧化物材料的

13、相平衡圖進(jìn)行選擇和確定的。自結(jié)合不定形耐火材料的主要應(yīng)用是自結(jié)合澆注料。自結(jié)合澆注料是根據(jù)膠體化學(xué)中分散體系的穩(wěn)定性與凝聚理論開發(fā)成功的。其技術(shù)關(guān)鍵是采用超微粉、分散劑和遲效凝聚劑。由于自結(jié)合澆注料是用與主材料化學(xué)成分相同的微粉或超微粉作結(jié)合劑，如超低水泥和無水泥澆注料，燒結(jié)時不生成新的低熔點相，不降低耐火度。因此，可提高使用溫度和抗熔渣的侵蝕性；同時，由于加入的超微粉具有較大的表面活性，降低了燒結(jié)溫度，不僅提高了低、中溫結(jié)合強度，還提高了高溫機械強度。（）自燒結(jié)不定形耐火材料自燒結(jié)不定形耐火材料系指不加入燒結(jié)劑，依靠材料自身含有的低熔點結(jié)合相在烘烤和使用時相互擴(kuò)散形成結(jié)合。它也是根據(jù)多元氧化

14、物的相平衡圖來進(jìn)行選擇和確定其組成的。主要品種有依靠材料中的!"# 與$%&# 反應(yīng)生成低熔點結(jié)合相的()#*!"#*$%&# 質(zhì)干式搗打料，以及利用加熱過程中瀝青（或樹脂）分解碳化形成碳結(jié)合的瀝青（或樹脂）結(jié)合含碳不定形耐火材料。自燒結(jié)不定形耐火材料依靠襯體的溫度梯度，在使用中從工作面向襯體逐漸燒結(jié)，形成致密工作層。（）自流型不定形耐火材料自流型不定形耐火材料，主要是指自流澆注料。它在施工時無需振動，依靠材料自重和位能差使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生自流而達(dá)到脫氣、攤平和密實。它是依據(jù)流變學(xué)原理開發(fā)而成的一種屈服值較低，具有一定塑性粘度的粘塑性材料。配置自流澆注料的技術(shù)關(guān)鍵

15、在于骨料顆粒的大小與分布、骨料顆粒的形狀、骨料與基質(zhì)的比值、固+ 液之間的體積比以及混合方式等。與振動澆注料相比較，自流澆注料脫氣效果好，氣孔少且孔徑小，可用泵灌與高壓泵送施工。自流澆注料的材料性能與同材質(zhì)的超低水泥振動澆注料相似，可用于修筑和修補復(fù)雜的襯體和錨固件多的襯體。4 纖維澆注料的強度研究 硅酸鋁耐火纖維材料最早出現(xiàn)于1941年，美國巴布考克·維爾考克斯公司用天然高嶺土經(jīng)電弧爐熔融后噴吹成纖維。20世紀(jì)40年代后期，美國兩家公司生產(chǎn)硅酸鋁系纖維，并將其用于航空工業(yè)。50年代硅酸鋁纖維投入工業(yè)化生產(chǎn)，60年代研制出多種制品，并用于工業(yè)窯爐壁襯。在我國，硅酸鋁耐火纖維材料的發(fā)展

16、主要經(jīng)過以下幾個階段：20世紀(jì)70年代初至20世紀(jì)80年代初。這個時期，我國硅酸鋁纖維材料處于起步階段，只能少批量的生產(chǎn)使用溫度低于looo的普通硅酸鋁纖維。20世紀(jì)80年代初至20世紀(jì)90年代初。這一時期在各級政府部門的大力推動下，硅酸鋁耐火纖維材料在各種工業(yè)窯爐上得到了迅速的推廣，旺盛的工業(yè)需求極大的刺激了硅酸鋁纖維材料的工業(yè)生產(chǎn)，80年代中期，我國先后從國外引進(jìn)了4條纖維針刺毯生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)普通硅酸鋁纖維，使用溫度為1100的高純硅酸鋁纖維和使用溫度為1200"c的高鋁纖維。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，我國硅酸鋁系耐火纖維的質(zhì)量、品種和推廣應(yīng)用均取得了長足的發(fā)展，先后開發(fā)了使用溫度

17、在1300以上的含鋯硅酸鋁纖維和使用溫度在1400以上的多晶莫來石纖維、多晶氧化鋁纖維3。然而，在我國的硅酸鋁纖維的發(fā)展過程中，所生產(chǎn)的纖維主要以定型材料為主，如纖維散棉，纖維毯、氈、板等，直到20世紀(jì)90年代初，我國才開始發(fā)展纖維不定形材料，且纖維不定形材料主要為纖維噴涂料，品種單一。在纖維材料的使用過程中，纖維定型材料(纖維棉、氈、板等)存在的缺陷為整體性差，在長期高溫使用的情況下，纖維材料的定向收縮嚴(yán)重，容易產(chǎn)生過大的裂縫而造成爐壁受損。纖維噴涂料雖然克服了上述缺點，但由于纖維噴涂料的強度低，易受機械力破壞，所以限制了其使用。所以，能研制開發(fā)出整體性好，施工方便，且具有較好強度的纖維澆注

18、料(可塑料)，作為纖維定型材料及纖維噴涂料的補充，就顯得尤為重要。4.1 硅酸鋁纖維的基本性能硅酸鋁纖維是服務(wù)于高溫技術(shù)的基礎(chǔ)材料，不同種類的硅酸鋁纖維由于其化學(xué)礦物組成、顯微結(jié)構(gòu)的差異和生產(chǎn)工藝不同，表現(xiàn)出了不同的基本特性。硅酸鋁纖維的化學(xué)礦物組成決定了硅酸鋁纖維的品質(zhì)，通常根據(jù)硅酸鋁纖維的化學(xué)成分，即主要成分和有害雜質(zhì)成分來區(qū)分類別。(1)化學(xué)組成化學(xué)組成即通常所稱的化學(xué)成分，是硅酸鋁纖維的最基本特征。按各個化學(xué)成分含量的多少和作用將其分為兩部分：即占絕對多量的主要成分和占少量的副成分。副成分包括硅酸鋁纖維生產(chǎn)用原料伴隨的有害雜質(zhì)成分和硅酸鋁纖維生產(chǎn)過程中為改善其性質(zhì)而特別加入的添加成分。

19、a1203、si02、zr02、cr203等氧化物構(gòu)成了硅酸鋁纖維的主要成分。它們的性質(zhì)和數(shù)量直接決定著硅酸鋁纖維的品質(zhì)，尤其是硅酸鋁纖維的耐熱性，這是因為這些主要成分均為高熔點的氧化物。使用天然原料，甚至高純工業(yè)原料生產(chǎn)的硅酸鋁纖維不可避免地要混入一定數(shù)量的雜質(zhì)成分，因而硅酸鋁纖維的質(zhì)量規(guī)定中都規(guī)定了主要成分的最低值。硅酸鋁纖維中的雜質(zhì)成分大部分在高溫下起著溶劑作用，嚴(yán)重的降低了制品的耐熱性能，通常將其視為有害成分。各類硅酸鋁纖維的化學(xué)組成具有如下特點：l a1203、si02等氧化物構(gòu)成了硅酸鋁纖維化學(xué)組成的主要成分，尤其是a1203的含量與硅酸鋁纖維耐熱性能直接相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)型、高純型、高鋁

20、型等3種非晶質(zhì)硅酸鋁纖維，隨著其化學(xué)組成中a1203的增高，硅酸鋁纖維的耐熱性也相應(yīng)的提高。高鋁纖維的使用溫度比高純型纖維使用溫度提高100，比標(biāo)準(zhǔn)型纖維的使用溫度提高200，這主要是由于3種硅酸鋁纖維在化學(xué)組成上的差異導(dǎo)致的。標(biāo)準(zhǔn)型硅酸鋁纖維屬于高雜質(zhì)的纖維，雜質(zhì)降低了玻璃相黏度，促進(jìn)了晶粒生長，其次，3種硅酸鋁纖維的a1203含量的差異，又導(dǎo)致纖維析晶后，晶相的組織不同。高鋁纖維中的方英石晶體含量比高純型、標(biāo)準(zhǔn)型纖維均低，而莫來石晶體含量則比高純型、標(biāo)準(zhǔn)型纖維高。由于莫來石晶體的活性小，晶粒的生長速度慢，從而使得結(jié)晶引起纖維性能劣化的程度小，因而提高了高鋁型纖維的耐熱性能。l 嚴(yán)格控制纖維

21、中fe203、na20、k20等有害雜質(zhì)的含量，是提高硅酸鋁纖維的性能，尤其是耐熱性能的重要環(huán)節(jié)。fe203、na20、k20等雜質(zhì)使夜相出現(xiàn)，玻璃相黏度降低，促進(jìn)纖維在使用受熱過程中的變形和結(jié)晶作用。從非晶質(zhì)纖維使用受熱后的結(jié)晶規(guī)律表明，有害雜質(zhì)在纖維結(jié)晶過程中起著自發(fā)晶核作用，不僅提高了核化速度，并因雜質(zhì)的滲入和纖維接觸處的燒結(jié)、聚晶，使晶粒生長速度增加，從而造成晶粒粗化、纖維收縮量增大，這是纖維劣化，使用壽命降低的重要原因。礦物組成在評價硅酸鋁纖維制品的質(zhì)量時，單從化學(xué)組成考察是不全面的，應(yīng)進(jìn)一步觀察其礦物組成。纖維制品的礦物組成取決于它的化學(xué)組成及生成的工藝條件?；瘜W(xué)組成完全相同的制品

22、，由于成分分布的均勻性和加工工藝的不同，使纖維制品組成的礦物種類、數(shù)量、晶粒大小可以完全不同。非晶質(zhì)纖維制品在使用受熱過程中，其礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)都會發(fā)生變化。研究這種變化對探明纖維制品熱損毀機理；控制纖維制品的礦物組成；改善纖維制品性能都具有重要意義。熱力學(xué)性能硅酸鋁纖維屬于a1203、si02系材料，所以其熱力學(xué)變化應(yīng)符合a1203、si02系材料所有的熱力學(xué)性能，具體試驗也證明了這一點。國內(nèi)外學(xué)者對普通硅酸鋁纖維、高純硅酸鋁纖維、高鋁纖維及含鋯硅酸鋁纖維的差熱分析結(jié)果的一致性表明，各類玻璃質(zhì)硅酸鋁纖維在980左右有一個明顯的放熱峰，峰很銳，峰底寬，所對應(yīng)的時間僅為2min，而之后直到13

23、00再無明顯的放熱峰。980為莫來石的理論生成溫度。玻璃質(zhì)硅酸鋁纖維在980。c的這種放熱現(xiàn)象實際上反映了玻璃質(zhì)硅酸鋁纖維的結(jié)晶現(xiàn)象，因為玻璃質(zhì)硅酸鋁纖維是一種非晶體物質(zhì)，玻璃體是過冷的熔融體，它具有比晶體更高的內(nèi)能，從熱力學(xué)的角度看，玻璃質(zhì)硅酸鋁纖維處于一種亞穩(wěn)定狀態(tài)，所以只要在一定的溫度條件下加熱，纖維中的原子便由無序排列轉(zhuǎn)變到有序排列，這一轉(zhuǎn)變過程是一能量釋放的過程。多晶莫來石纖維和多晶氧化鋁纖維和各種硅酸鋁纖維一樣，均屬于a1203、si02系材料，它們之間除微觀結(jié)構(gòu)不同外，還表現(xiàn)在化學(xué)組成中a1203含量的變化。圖4.1為a1203、si02系二元相圖。圖4.1 a1203-si02

24、系二元相圖圖中表明，硅酸鋁纖維的耐熱性可以通過a1203含量的增加得到提高。隨著a1203含量達(dá)到約為72之前，即使增加a1203的含量固相線始終是水平的，固相保持在1595以下，液相由1595上升至1890"c。由此表明，a1203含量約為72及72以上的纖維由固相變?yōu)橐合嗟臏囟却蟠筇岣?，從而使多晶莫來石纖維和多晶氧化鋁纖維比玻璃質(zhì)硅酸鋁纖維的使用溫度提高200以上。從圖l中還可以看出，當(dāng)a1203含量由約50增加至約80時，由固液相共存完全轉(zhuǎn)變成液相時的溫度僅提高了幾十度，而完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r卻提高了近300，這也說明固液共存的溫度范圍大為的縮小?？梢哉J(rèn)為，a1203含量超過72以

25、后，纖維的熔點提高的比較大，而這正是晶體的一個特征。 4.2 骨料對纖維澆注料強度的影響在纖維澆注料(可塑料)的組成中，散狀纖維骨料所占比例最大，一般占硅酸鋁纖維澆注混合料總量的5075，在澆注料(可塑料)中起骨架作用，所以各種硅酸鋁纖維澆注料(可塑料)中，其主要骨料(散狀纖維)所存在的形態(tài)，對澆注料(可塑料)的強度起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)研究試驗表明，當(dāng)把硅酸鋁纖維剪切至2-5mm長，且制成直徑為3-5mm的輕型防水纖維顆粒球時，將其作為澆注料(可塑料)的主要骨料，可大大提高澆注料的強度，其高溫?zé)竽蛪簭姸瓤蛇_(dá)30mpa以上。在纖維澆注料(可塑料)中加入少量的其他不規(guī)則骨料(如漂珠、陶粒、蛭石

26、、輕質(zhì)莫來石等)，菱角狀或片狀形態(tài)能使其很好的與纖維和填料結(jié)合，以增加澆注料(可塑料)的強度。歐陽德剛等人的研究結(jié)果表明，當(dāng)在纖維澆注料中加入適當(dāng)?shù)钠樽鳛檩p質(zhì)骨料時，澆注料的常溫強度及燒后強度均有不同程度的提高。4.3 基質(zhì)對纖維澆注料強度的影響基質(zhì)是纖維澆注料(可塑料)組織結(jié)構(gòu)中的基質(zhì)材料，其品質(zhì)應(yīng)高于或相當(dāng)于散狀纖維骨料。粉狀基質(zhì)起著填充纖維骨料空隙，改善施工性能，提高纖維澆注料(可塑料)的致密度。纖維澆注料(可塑料)中的基質(zhì)可以是燒結(jié)莫來石、剛玉及a1203粉等，其細(xì)度要求<0.088mm，且0088mm的基質(zhì)在所加入的基質(zhì)中所占比例不應(yīng)少于85。另外，為了改善澆注料(可塑料)的

27、性能，還可以在系統(tǒng)中加入適量的粒徑小于5.1的活性超微粉。這些基質(zhì)能與結(jié)合劑形成完整的莫來石晶體，活性超微粉也可以促使纖維交界處產(chǎn)生莫來石晶體，使散狀纖維骨料之間形成一個整體，增加澆注料(可塑料)的使用溫度及強度。 4.4 結(jié)合劑對纖維澆注料強度的影響在纖維澆注料(可塑料)中，結(jié)合劑起著膠結(jié)纖維骨料和填料的作用，可使纖維澆注料(可塑料)產(chǎn)生所需要的常溫和高溫機械強度，它是纖維澆注料(可塑料)中的重要組成部分。常用于纖維材料制品中結(jié)合劑主要有水泥、硅質(zhì)及鋁質(zhì)溶膠、軟質(zhì)黏土和某些超微粉等。結(jié)合劑在一定條件下可以通過水化結(jié)合、化學(xué)結(jié)合、陶瓷結(jié)合、黏著結(jié)合、凝聚結(jié)合作用，使纖維澆注料(可塑料)硬化以獲

28、得強度。結(jié)合劑一般含有低熔點物質(zhì)，會降低材料的使用溫度，所以在保證纖維澆注料(可塑料)必需的初始強度和高溫強度的前提下，應(yīng)盡量少用。a鋁酸鈣水泥鋁酸鈣水泥是以鋁酸鈣(cao·a1203，簡寫為ca)或而鋁酸鈣(cao 02a1203，簡寫為ca2)為主要礦物成分的無機非金屬膠凝材料。它具有比硅酸鹽水泥高的耐火度(一般高于1380，有些甚至高達(dá)1770)；水化時不產(chǎn)生ca(oh)2，ca(oh)2在500脫水分解容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞；鋁酸鈣水泥基本不含c25，不會因c25晶形轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致嚴(yán)重的體積變化。因此，鋁酸鈣水泥廣泛用作耐火材料的結(jié)合劑。b硅溶膠結(jié)合劑硅溶膠是用硅酸鈉或硅的有機化合物經(jīng)

29、過物理化學(xué)處理而制得的結(jié)合劑，又稱硅酸溶膠。硅酸溶膠為無色或乳白色透明膠體溶液，它是由si02膠體粒子分散在水溶液中形成的，具有良好的膠結(jié)性能。硅溶膠也是生產(chǎn)纖維制品的一種非常重要的結(jié)合劑。制取硅溶膠的方法有5種：(1)用硅酸乙酯水解法；(2)用硅酸鈉(水玻璃)溶液進(jìn)行電解、滲析和電滲析法制??；(3)用氣態(tài)氟處理硅酸鈉法制??；(4)用硅酸鈉與乙二醛和鹽酸水溶液相互作用法制取；(5)用硅酸鈉溶液進(jìn)行離子交換法制取。但廣泛采用的是用離子交換法從硅酸鈉溶液中脫除na+和cl。而制得的。硅溶膠的性能可根據(jù)用途進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，溶膠中的si02含量波動較大，可從15到50。但一般用作耐火材料結(jié)合劑的硅溶膠中

30、si02含量為25-30，na20含量030，密度為1.1118kgm五，粘度為0005-003pas，ph值為85-95。硅溶膠具有較強的吸附性能和較好的粘結(jié)性能。硅溶膠作為耐火材料結(jié)合劑的適應(yīng)性較廣，對酸性，中性和堿性耐火材料均同硅溶膠，而不必加其他外加劑。但用作不定形耐火材料的結(jié)合劑時，尤其是噴涂料，必須加入促硬劑來調(diào)整其凝結(jié)硬化速度。一般可采用如下方法來調(diào)節(jié)其凝膠化時間。(1)加入酸。硅膠的凝膠化時間受其ph值的影響。一般硅溶膠溶液的ph值值在85105時硅溶膠最穩(wěn)定，ph值低于35時也比較穩(wěn)定，不易產(chǎn)生凝膠，而ph值在48之間時就變得很不穩(wěn)定，粘度增大很快。這是膠粒之間聚結(jié)引起的，最

31、終變成為凝膠。加入鹽酸和醋酸對硅溶膠凝化時間的影響。(2)加入堿金屬氧化物。硅溶膠溶液的ph值大于105時，不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)凝膠。因此要加入堿性氧化物或氫化物來調(diào)節(jié)凝膠時間，加入后可提高溶液中的陽離子濃度，使溶液的ph值提高，使膠粒有機會吸附更多的陽離子而失去帶電性，從而產(chǎn)生凝聚作用。(3)加入電解質(zhì)。加入適量的電解質(zhì)，如na2s04、nac!、kci、bacl2，、a12。(s04)等物質(zhì)時，會降低膠粒所帶來的電荷量，從而使膠粒發(fā)生凝聚作用，特別是ph=7時，這種影響更為顯著。nac!和na2s04加入量與硅溶膠膠凝時間的關(guān)系。硅溶膠與一般溶膠不同，凝聚為固體便不可逆。用硅溶膠作結(jié)合劑使用方

32、便，由于硅溶膠中懸浮粒子的表面積和體積之比很大，因此它能夠很均勻地包裹在被膠結(jié)的物質(zhì)的表面，結(jié)合面強度高。用硅溶膠作耐火材料結(jié)合劑時，其凝結(jié)時間的長短還受到環(huán)境溫度、原材料的吸附性、吸水率等影響，同時也受硅溶膠本身存放時間的影響。硅溶膠具有較強的吸附性能和較好的黏結(jié)性能，其適用范圍較為廣泛，對酸性、中性、堿性耐火原料均適用，既可用于定型硅酸鋁纖維制品，也可用于不定形硅酸鋁纖維材料。硅酸鋁結(jié)合的無水泥硅酸鋁纖維材料具有可塑性好、強度高、熱到率低的優(yōu)點。c藍(lán)晶石藍(lán)晶石的化學(xué)組成為a12si02o，成分中可含cr3+(128)，也常含有fe203(含量達(dá)到loo-2，有時可達(dá)7)以及少量的鈣、鎂、鐵

33、、鈦等類質(zhì)同象混入物。藍(lán)晶石的耐火度高達(dá)1 830，抗化學(xué)腐蝕性強，其成品具有較好的耐磨性和較高的機械強度，荷重軟化溫度高，耐急冷急熱性好，因此是耐火材料用優(yōu)質(zhì)原料。藍(lán)晶石的晶體結(jié)構(gòu)為三斜晶系，晶體是陰離子o作近似立方最緊密堆積，陽離子al充填25的八面體空隙，si充填110的四面體空隙。氧的最緊密堆積面平行于晶體的(1 10)方向，每一個氧與一個硅兩個鋁或者四個鋁相聯(lián)結(jié)。八面體以共棱的方式聯(lián)結(jié)成鏈平行c軸。鏈間是以共頂角并以與三個八面體共棱的方式聯(lián)結(jié)成平行(100)層，其層間以四面體與a106a面體相聯(lián)結(jié)。因此藍(lán)晶石晶體平行(100)面發(fā)育成板狀。由于鏈的方向上鍵力強，鍵間鍵力較弱，因此在垂

34、直鏈方向硬度打，平行鏈方向硬度小，礦物硬度有差異。這是藍(lán)晶石的一個重要特征，因而藍(lán)晶石也n-硬石。藍(lán)晶石的一個重要特征是加熱變化。在高溫下藍(lán)晶石將進(jìn)行不可逆轉(zhuǎn)的反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?3a1203·2si02)和si02，其反應(yīng)式為：3(a1203·si02)(藍(lán)晶石) -3a1203·2s102(莫來石)+si02在轉(zhuǎn)變過程中(莫來石)伴有18的體積膨脹，由于藍(lán)晶石具有良好的一次永久性的膨脹特性，所以常被用于不定形耐火材料(澆注料、可塑料、火泥等)中作高溫膨脹劑，可以提高其荷重軟化溫度，耐壓強度，以及消除澆注料在高溫下產(chǎn)生的收縮裂紋、剝落等。近年來，在硅酸鋁纖維制品

35、的生產(chǎn)也開始使用藍(lán)晶石作為膨脹劑以抑制制品在高溫下產(chǎn)生的收縮。藍(lán)晶石在1100時開始轉(zhuǎn)化為莫來石，莫來石的結(jié)晶過程是由顆粒表面開始逐漸深入，并且轉(zhuǎn)速度快，轉(zhuǎn)化時間短，在轉(zhuǎn)化過程中伴有體積膨脹，莫來石的結(jié)晶方向垂直于藍(lán)晶石晶面，晶體大小為35 p m，晶體呈長柱狀或針狀。dsi02微粉微粉體是近年來陶瓷與耐火材料中研究與應(yīng)用的新課題。當(dāng)物質(zhì)細(xì)到一定程度時，它表現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料不同的奇異性能。將這些耐火原料粉體添加到傳統(tǒng)的耐火材料中，對其微觀結(jié)構(gòu)和使用性能都會產(chǎn)生重要的影響。在硅酸鋁纖維制品中，si02微粉作為添加劑加入，可提高纖維制品的常溫和高溫強度。這是因為硅灰(si02微粉)具有極大的表面活性

36、，硅灰水化后表面形成了類似硅膠結(jié)構(gòu)的sioh鍵。在40左右，sioh鍵開始脫水，聚合成si-osi鍵，組成牢固的微粉長鏈。80時，這種聚合作用最劇烈，并趨于完成，這種長鏈形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一直保持到250時也無變化。而晶態(tài)si02微粉則無這種網(wǎng)絡(luò)形成。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是含硅灰的硅酸鋁纖維制品具有高冷態(tài)強度的重要原因。在纖維澆注料(可塑料)中加入si02微粉，根據(jù)所加入的基質(zhì)種類，硅灰的結(jié)合機理有兩類：（1）含a1203的細(xì)粉，這類細(xì)粉一般無水化反應(yīng)，在低溫下，這些細(xì)粉附在硅灰所形成的網(wǎng)狀鏈上，具有較高的低溫強度。700*(2后在鏈的范圍內(nèi)與硅灰反應(yīng)形成化合物，在8001200"c的溫度下，形成

37、針狀莫來石晶體，這種針狀莫來石晶體與原網(wǎng)絡(luò)鏈的雙重作用，使纖維澆注料(可塑料)具有優(yōu)良的高溫?zé)髲姸?。?）硅灰加入后在接觸到能形成水化物的細(xì)粉時，在低溫時能改變原來的水化物并與它們形成新的水化物，這些水化物也形成網(wǎng)狀鏈，使纖維澆注料(可塑料)具有優(yōu)良的燒后強度。4.5 硅酸鋁纖維的導(dǎo)熱性研究硅酸鋁纖維是由固態(tài)纖維與空氣組成的混合結(jié)構(gòu)，氣孔率高達(dá)90以上，大量的低導(dǎo)熱率空氣充滿與氣孔中，并破壞了固態(tài)分子的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，硅酸鋁纖維的這種結(jié)構(gòu)使得其導(dǎo)熱率與空氣(00255wm·k)接近。由于硅酸鋁纖維具有不同于傳統(tǒng)耐火磚、絕熱磚的結(jié)構(gòu)，從而決定了其熱傳導(dǎo)過程亦不相同。硅酸鋁纖維中的傳熱不

38、單是固態(tài)纖維的導(dǎo)熱，同時還存在著空氣的導(dǎo)熱、空隙中氣體的對流傳熱和孔壁之間的輻射傳熱。一般以導(dǎo)熱系數(shù)這一重要的物理指標(biāo)來表征硅酸鋁纖維的絕熱性能。對纖維導(dǎo)熱系數(shù)的影響主要有以下幾個方面：溫度一般纖維的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。其原因是孔壁間輻射傳熱、空隙中空氣的導(dǎo)熱、固態(tài)纖維內(nèi)部及纖維部位的導(dǎo)熱均因溫度升高及氣體、固體分子熱運動增強而成比例的增大。密度硅酸鋁纖維的密度與其導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和強度等性能有密切的關(guān)系。根據(jù)大量的研究表明，硅酸鋁纖維的導(dǎo)熱系數(shù)與密度關(guān)系大體上遵循以下兩條規(guī)律：a熱系數(shù)隨密度的增大而降低，但降低的幅度逐漸減小，當(dāng)密度超過一定范圍后，導(dǎo)熱系數(shù)不再降低并且有增大的趨勢。纖維方向硅酸鋁纖維的導(dǎo)熱系數(shù)與纖維的方向有關(guān)