[01820630]一种轻量刚玉耐火骨料及其制备方法

课题来源自国家自然科学基金面上项目（高温轻量刚玉材料烧结的原位应力与超塑性关系及其微纳米封闭气孔形成机理研究,51474165）。 工作衬耐火材料轻量化是目前耐火材料行业的一个重要研究方向。首先,隔热耐火材料越靠近工作面,其隔热节能效果越好,工作衬耐火材料轻量化能有效降低热量散失,减少生产成本,达到节能减排的作用;第二,由于轻量耐火材料中具有较多的气孔,在温度剧变时能够有效容纳热应力,提升材料抗热剥落性能。因此,工作衬用轻量耐火材料的研究受到耐火材料行业的广泛关注。然而,由于轻量骨料中含有大量气孔,开发工作层用轻量耐火材料的重点在于提升材料抗渣性能。 耐火骨料轻量化是实现工作衬耐火材料轻量化的主要途径。目前报道的轻量骨料制备方法主要有：有机物分解法、原位发泡成孔技术及氢氧化物等无机物分解法。O. Lyckfeldt等人采用淀粉作为结合剂及发泡剂,制备了多孔氧化铝（O. Lyckfeldt, J. M. F. Ferreira, Processing of porous ceramics by starch consolidation, J. Eur. Ceram. Soc. 18 （2） （1998） 131–140.）,所制备骨料的体积密度虽明显降低,但显气孔率及孔径较大;S. J. Li等人采用高岭石作为发泡剂,制备了多孔刚玉-莫来石骨料（S. J. Li, N. Li, Effects of composition and temperature on porosity and pore size distribution of porous ceramics prepared from Al（OH）3 and kaolinite gangue, Ceram. Int. 33 （4） （2007） 551-556.）,所制备骨料平均孔径虽较小,但显气孔率高达40%;R. Salom?oa 等人利用水滑石的原位分解,制备了多孔刚玉-尖晶石骨料（R. Salom?oa, M.V. B?asa, V.C. Pandolfellia, Porous alumina-spinel ceramics for high temperature applications, Ceram. Int. 37 （4） （2011） 1393-1399.）,所制备骨料显气孔率及孔径尺寸也较大,耐渣蚀方面无法达到高温热面使用要求。 综上所述,目前所制备的轻量耐火骨料均存在显气孔率高、平均孔径大、不耐渣蚀的缺陷,难以达到实际工业生产和使用的要求。 引入的不同晶型和尺寸的氧化铝粉能够共同形成致密堆积,采用水作为原位成孔介质,通过冰冻技术,使得水结冰;利用抗冻蛋白抑制冰晶的长大,保证在未热处理的材料中预形成气孔尺寸分布集中的微多孔结构;进一步利用不同粒度氧化铝原料烧结性能的差异性,原位形成内部应力驱动晶界快速扩散,将均匀分布的气孔缩小并封闭,形成轻量刚玉耐火骨料;同时,骨料外部的铝镀层在热处理快速氧化形成致密的微孔氧化铝包裹层,与熔渣反应时,该包裹层能够有效阻止熔渣侵蚀及渗透,从而达到形成高耐蚀的轻量刚玉耐火骨料的目的。 所制备的轻量刚玉耐火骨料经检测：体积密度为2.5～2.8g/cm3,闭口气孔率为10～30%。 利用纳米氧化铝溶胶的高温超塑性,并产生原位相应力有效促使纳米氧化铝超塑性的发挥,使得晶界快速移动,在孔洞被排除之前将其封闭,从而形成大量闭口微小气孔。本项目的轻量刚玉耐火骨料具有体积密度小、平均孔径小、闭口气孔率高、热导率低、热震稳定性好、耐冲刷和抗熔渣侵蚀能力强的特点。本项目产品可以替代现有的致密耐火骨料制备耐火材料,使得所制备的耐火材料既保持低的导热率、优良的抗冲刷及热剥落性能,同时维持优良的抗熔渣侵蚀性能。从材料的特性看,今后可推广到石化、建筑、热电等行业使用。