铝钙钛系耐火材料的研究发展现状分析,由耐火材料厂家整理分享。
1.铝钙合成耐火材料的研究现状:
由于对CA6基本性质缺乏了解,国内还未曾对CA6的应用进行过研究,有关六铝酸钙(CA6)隔热材料的研究还是一片空白。
国外有关CA6多孔材料的合成研究报道也很少,仅见乌克兰学者Vladimir在2002年第二届耐火材料国际研讨会上报道了在传统陶瓷制备工艺基础上通过分散可燃造孔剂制备孔径达微米级的超低热导率CA6隔热材料。制备出的CA6多孔材料的体积密度为1.2~1.3g/cm3,晶粒尺寸在4~8μm,气孔孔径集中在1~5μm;材料中CA6晶体有两种形貌,结晶良好的六方片状晶粒尺寸在1~3μm,六方片状晶体沿基面结合生成致密物质,在气孔和靠近气孔的地方形成拉长的棱柱状晶体。在1450℃下,不能完全生成CA6,存在铝酸钙中间相和未反应的α-Al2O3;在1580℃下,主要生成CA6,温度升高到1650℃和1720℃时,主要相没有变化,仅仅CA6衍峰强度增加。Vladimir采用该工艺制备出的CA6多孔材料的冷态耐压强度为5.5~7Mpa,热导率为0.32~0.34W/m·K(Taverage=650℃)。
美国Alcoa公司利用烧结的方法生产出了一种高纯微孔六铝酸钙轻质原料SLA-92和一种新型致密六铝酸钙耐火材料骨料Bonite。SLA-92材料的化学组成接近CA6的理论组成,开口气孔率接近80%,体积密度为0.75g/cm3,SLA-92材料的主晶相是CA6,次晶相为α-Al2O3和CA2。SLA-92超轻质骨料的显气孔孔径主要集中在1~6μm,CA6晶体呈片状,未见等轴晶体。大部分片状晶体的厚度小于100nm,径向尺寸小于5μm,片状晶体之间以点接触为主,这种晶体结构类似于陶瓷纤维的显微结构.因此其热导率极低。
2.铝钛合成耐火材料的研究现状:
随着现代工业的快速发展,对具有优良的耐高温和抗热震性陶瓷材料的需求越来越迫切,铁酸铝材料集低热膨胀系数和高熔点于一体,是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种。但由于两方面的原因使钛酸铝陶瓷未能得到广泛应用:
(1)钛酸铝膨胀的各向异性造成材料内部出现大量的微裂纹,使其强度降低。
(2)在800~1300℃的温度范围内,钛酸铝易分解成氧化铝和二氧化钛,造成材料内部应力集中,使材料的热膨胀率升高。尽管如此,材料工作者正努力通过各种方法和手段对其性能进行改善,不断扩展它的应用领域。国内外关于钛酸铝材料应用于内燃机排气管等隔热部件制备的研究在20世纪70年代就已经开始。
目前国内对钛酸铝陶瓷制备低压铸铝、铸铜用升液管进行了大量研究,但由于铜、铝等有色合金的熔体温度多位于800~1300℃之间,导致钛酸铝制品的破坏,限制了其在有色冶金行业的开发应用。值得庆幸的是,人们在研究中发现引入Fe2O3、MgO等相应的添加剂与Al2TiO5形成Al2TiO5+Fe2TiO5或Al2TiO5+MgTiO5。异质同构固熔体,可以有效地抑制分解,增加钛酸铝热稳定性,这为钛酸铝陶瓷作为抗热震、耐有色金属熔体侵蚀的热阻材料应用于冶金行业提供了可能。如何解决钛酸铝在还原气氛下的分解,并弄清其分解机理,制备稳定的钛酸铝陶瓷是该材料实现产业化应用的关键。
国外对钛酸铝材料进行了较广泛的研究,尤其是在日本研究的较多,并已用于制造发动机用排气管、排气道、涡壳等。将钛酸铝材料用于制备耐高温烧嘴喷管也正在研制开发。又由于钛酸铝陶瓷材料还具有与铜、铝等有色金属熔体不润湿的特性,被作为隔热、抗热震材料应用于有色冶金铸造行业,如用于制造有色金属熔体熔包内腔的耐火材料、低压铸铝、铸铜机上的喂料升液管等。
3.钙钛合成耐火材料的研究现状:
钛酸钙是一种典型的半导体材料,能够吸纳紫外可见光,在光催化作用上拥有很好的表现。郑伟等采用水热合成法,以柠檬酸钠络合剂,制作出了纳米尺寸的钛酸钙粉体,并与未使用柠檬酸水热法获得的钛酸钙的紫外光催化性能进行对比。研究发现,使用柠檬酸浓度为0.008mol/L合成的钛酸钙的光催化反应效率最高,降解速度是未使用柠檬酸的4倍,另有研究发现,采用同相反应法1400℃下煅烧保温2h制得的钛酸酸钙粉体,光照时间的延长与亚甲基蓝降解物的降解率呈现出反比,还发现钛酸钙作催化剂可以使低浓度的亚甲基蓝溶解显著。这些研究对利用钛酸钙光催化性处理污水和回收重金属问题提供了理论数据基础。
目前,钛酸钙应用到耐火材料中有两种形式:一种是将二氧化钛添加剂加入含有氧化钙的耐火材料种,在高温使用条件下,二氧化钛和氧化钙发生化学反应生成钛酸钙,对耐火材料的某些性能产生一定的影响;另一种是直接将电熔钛酸钙以添加剂加入耐火材料中。陈树江等用镁钙砂和镁砂作骨料,纯度高的镁砂粉作细粉,结合剂用硅灰,研究了添加钛氧化物使MgO-CaO浇注料性能产生的影响,研究发现,高温条件下钛氧化物与骨料中的自由氧化钙反应形成体积密度大的钛酸钙,使MgO-CaO浇注料结构致密,体积密度增大,且当钛氧化物添加量为2%~4%时效果最好。朱新伟等以刚玉和尖晶石为主要原料,电熔钛酸钙细粉(45μm)为添加剂,研究了向刚玉-尖晶石无铬浇注料中添加0~10%钛酸钙的影响,研究发现,钛酸钙添加量为4%时能显著增加浇注料的强度、耐磨性、抗剥落性、抵抗高碱度渣侵性,因此提高了不含铬的刚玉-尖晶石浇注料的使用周期。