轻骨质耐火材料的原理、制造与应用（Ⅲ）

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　　添加造孔剂

　　当将成孔剂添加到起始粉末中时，它们在热处理过程中燃烧，在陶瓷材料中留下空隙。与其他技术相比，使用造孔剂可以轻松控制制造材料的孔隙率水平。

　　在这种情况下，可以在陶瓷坯体上施加更高的烧结温度，从而提升所制备的轻质材料的机械强度。

　　目前使用的成孔剂可分为两类：有机材料和无机材料。

　　常用的有机造孔剂包括淀粉、稻壳、塞拉戈、PMMA微球和核桃壳，而常用的无机材料包括煤灰和碳。

　　成孔剂的形态与制备的轻骨料中的孔之间存在明显的关联。因此，孔的分数、大小和形态与所选的成孔剂直接相关。

　　该技术的关键因素是所用孔形成剂的类型、添加量和粒径。

　　添加成孔剂通常与其他技术结合使用，以制造具有改进性能的轻质骨料。

　　直接发泡

　　在直接发泡技术中，泡沫首先通过发泡剂和水的混合物发泡来生产。然后将泡沫和原料浆料混合成型，干燥烧结后得到多孔材料。然而，这种方法的主要缺点是孔径大。

　　通常，使用直接发泡制造的多孔材料的平均孔径高达200-300μm;这些材料具有较低的机械强度，并且对炉渣侵蚀的抵抗力很差。因此，使用这种方法制造的多孔材料应用于绝缘层，而不是作为耐磨衬里。

　　超塑性发泡

　　超塑性被定义为材料在载荷下表现出相当大的伸长率的能力，表明陶瓷在应力作用下可能发生塑性变形。

　　首先，应选择合适的原料，在高温下生产出具有超塑性的陶瓷体。

　　通常，陶瓷材料只有在晶粒尺寸小于1μm时才表现出高温超塑性。因此，使用的起始材料主要是纳米级或亚微米级粉末。

　　其次，该技术需要添加高温发泡剂，这些发泡剂是在高温下被氧化或分解的无机材料，例如SiC，Si3N4和羟基磷灰石。

　　首先将原料和高温发泡剂压实以获得坯体。然后在低于高温发泡剂的氧化或分解温度的温度下烧结生体以产生致密的陶瓷块体。接着，陶瓷块体在较高温度下再加热，通过高温发泡剂生成气态物质。

　　由于气体的分压和陶瓷基体的超塑性，在陶瓷材料中形成了闭合的孔隙。

　　超塑性发泡方法主要用于制造轻质氧化铝和氧化锆，因为它们具有良好的高温超塑性。制材的性能主要受原料和高温发泡剂的类型、粒径、用量的影响。此外，还引入了某些添加剂以提升氧化铝和氧化锆的超塑性。

　　原位分解技术是所有工艺路线中较经济的方法，然而，通过原位分解技术制造的轻骨料通常具有高开孔率。

　　部分烧结和添加成孔剂方法为制备孔隙率低于20%的轻骨料提供了简单而廉价的方法。直接发泡技术比上述三种方法具有更高的成本。

　　超塑性发泡路线在生产具有高闭合孔隙率的轻骨料方面具有显着优势。但是，由于使用的起始材料主要是纳米级或亚微米级粉末，因此超塑性发泡的成本较高。

　　基于以上对轻质耐磨衬里耐火材料的原理应用和制作工艺的系统概述，未来研究方向应专注于为轻质骨料开发新的工艺路线如引入增材制造技术(3D打印)或新型核壳结构;

　　深入轻质耐火材料使用性能和降解行为的内在机理和进行工业炉耐火炉衬的一体化设计。

关键词：

轻骨质耐火材料的原理、制造与应用