耐火材料高性能化與納米技術(shù)的應(yīng)用

近幾年，關(guān)于納米技術(shù)在耐火材料中應(yīng)用的研究越來越多，主要是在耐火材料中引入納米粉體、引入溶膠和引入納米材料的前驅(qū)物來改善顯微結(jié)構(gòu)、提高材料性能，取得了較好的效果。因此，將納米技術(shù)在耐火材料中加以應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)高性能化，對(duì)開發(fā)新型高性能納米復(fù)合耐火材料具有重要意義。

　　納米技術(shù)在不定形耐火材料中的應(yīng)用

　　納米技術(shù)在不定形耐火材料中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在澆注料中，引入的方式主要有外加納米粉、以溶膠為結(jié)合劑和引入前驅(qū)物后原位形成納米結(jié)構(gòu)。利用納米粉自身特性、分布和表面、界面效應(yīng)來達(dá)到提高結(jié)合性、減少加水量、降低有害組分、增加反應(yīng)活性、提高某些性能的目的。

　　鋁、硅等溶膠與對(duì)應(yīng)的氧化物納米粉相比，價(jià)格要低得多，將其作為結(jié)合劑取代水泥等傳統(tǒng)結(jié)合劑，將降低雜質(zhì)組分，提高材料性能，目前在此方面的研究成為新熱點(diǎn)。有很多專家學(xué)者系統(tǒng)研究了溶膠對(duì)剛玉基澆注料性能的影響。結(jié)果表明，在剛玉基澆注料中引入硅溶膠可明顯提高澆注料在800~1200℃下的熱態(tài)強(qiáng)度、抗熱震性和抗侵蝕性。鋁、硅溶膠作為結(jié)合劑取代水泥在剛玉-尖晶石澆注料和Al2O3-SiC-C澆注料中應(yīng)用時(shí)，納米顆粒可促進(jìn)燒結(jié)，結(jié)構(gòu)較致密，氣孔微細(xì)化，抗侵蝕性優(yōu)良;且硅溶膠與Al2O3反應(yīng)生成莫來石，進(jìn)而明顯提高澆注料的高溫強(qiáng)度和抗熱震性。在澆注料中加入溶膠-凝膠法得到的納米尖晶石，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，其流動(dòng)性比加氧化鎂細(xì)粉和加共沉淀法制得的微米級(jí)尖晶石高出80%，同時(shí)具有優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性和抗渣性。

　　納米粉可促進(jìn)澆注料燒結(jié)，改善顯微結(jié)構(gòu)和某些性能。但由于價(jià)格昂貴，其在不定形耐火材料中應(yīng)用時(shí)的性價(jià)比值得考慮，因此應(yīng)尋找廉價(jià)的納米源，提高性價(jià)比。

　　研究結(jié)果可知，在澆注料中引入溶膠作結(jié)合劑，可明顯提高性能并降低澆注料中有害成分的含量，且溶膠相對(duì)價(jià)格低，因此可作為工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的納米源物料。

　　另一種較經(jīng)濟(jì)地引入納米相的方法是加入納米前驅(qū)物，使其受熱分解后生成原位納米相。有研究者將納米碳酸鈣引入到剛玉-尖晶石澆注料中，高溫下納米碳酸鈣分解，原位生成鋁酸鈣系礦物，能明顯提高澆注料在800~1400℃的熱態(tài)抗折強(qiáng)度和抗熱震性能，對(duì)澆注料抗高堿度渣性能的影響較小，但明顯降低了抗低堿度渣的侵蝕性和滲透性。其原理在于800℃燒后納米CaCO3分解成CaO，并與Al2O3反應(yīng)生成無定形鋁酸鈣，產(chǎn)生原位結(jié)合;隨溫度升高，鋁酸鈣逐漸和更多地與Al2O3反應(yīng)，直到1600℃后完全生成板狀CA6，并均勻分布在澆注料中。

　　納米技術(shù)在氧化物制品中的應(yīng)用

　　納米技術(shù)在氧化物制品中應(yīng)用的研究主要集中在引入納米粉體以促進(jìn)燒結(jié)或作為礦化劑改善顯微結(jié)構(gòu)以及提高氧化物制品的韌性等方面。

　　在相同工藝條件下，外加1%納米Fe2O3可使鎂鉻磚的燒成溫度降低150℃左右，納米Fe2O3改善了鎂鉻磚的顯微結(jié)構(gòu)，常溫抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度大幅度提高。在剛玉磚基質(zhì)中加入0~3%的α-Al2O3納米粉和0~12%的α-Al2O3微粉，可以促進(jìn)固相燒結(jié)，改善燒結(jié)性能，使燒結(jié)溫度降低200~400℃;剛玉磚中加入少量的α-Al2O3納米粉和適量的α-Al2O3微粉可以顯著提高試樣的高溫抗折強(qiáng)度，并對(duì)抗熱震性能有一定的改善作用。在剛玉質(zhì)、ZrO2質(zhì)耐火材料中分別引入納米Al2O3和納米ZrO2，能促進(jìn)材料燒結(jié)，并在材料中形成一種以納米顆粒為核的類似于“晶內(nèi)型”的復(fù)合結(jié)構(gòu)，因而增強(qiáng)了材料的力學(xué)性能，提高了材料的抗熱震性。納米粉的加入量為1.5%時(shí)，制品的綜合性能達(dá)到佳。

　　近年來，國內(nèi)外較多研究報(bào)道有關(guān)在氧化物制品或非氧化物制品中引入Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2等納米粉，以降低氧化物制品的燒結(jié)溫度。但納米粉價(jià)格昂貴，且在基體中不易分散均勻，其性價(jià)比及工業(yè)化應(yīng)用的可行性值得探討。目前有關(guān)納米粉促進(jìn)燒結(jié)方面的報(bào)道逐年減少。應(yīng)選擇物美價(jià)廉且易于工業(yè)化應(yīng)用的納米源，比如引入價(jià)格相對(duì)較低的溶膠或凝膠以及一些納米前驅(qū)體，使其加熱過程中原位形成納米相，進(jìn)而優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)、提高材料性能。

　　此外，納米技術(shù)在A12O3-C和ZrO2-C等含碳耐火材料中應(yīng)用也取得較好的效果。引入納米材料后，材料顯微結(jié)構(gòu)得以改善，性能提高。將過渡金屬催化劑(Fe、Co和Ni)引入到A12O3-C材料中，原位生成碳納米纖維，提高了材料的熱態(tài)強(qiáng)度和抗熱震性。

　　榮盛耐材對(duì)于納米材質(zhì)耐火材料有一定研究，如果您需要相關(guān)耐火材料，歡迎致電榮盛耐材有限公司。

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