[00119563]一种轻量刚玉复合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）。 中国是目前世界上第二大能源生产国和消费国,《节能减排“十二五”规划》明确提出应大力推行工业窑炉的节能改造。研究和开发高温轻量耐火材料可大大降低工业窑炉能耗,对整个高温工业节能减排具有举足轻重的意义。 目前,高温轻量耐火材料研究相对滞后,在一定程度上制约了我国高温窑炉节能技术的发展。在现行的隔热耐火材料中,绝大多数都使用在保温层或隔热层,而未直接使用在与钢铁等高温熔体接触的工作层。究其原因,主要是由于目前所制备的隔热耐火材料显气孔率过高且孔径过大、强度较低,若在工作层使用,熔渣会较容易地通过开口气孔渗透进入耐火材料内部,对耐火材料带来毁灭性的破坏。然而,隔热耐火材料越靠近工作面,其隔热效果更加显著。因此,开展可直接用于工作层的低导热、高强、耐热震、抗侵蚀的耐火材料,已成为目前本领域所关注的重要课题之一。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.）,所制备骨料体积密度明显降低,然而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较小,然而显气孔率高达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.）,所制备骨料在显气孔率及孔径方面也无法达到生产要求,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。在多孔刚玉颗粒外裹覆料浆,利用不同晶型和尺寸的氧化铝粉能够共同形成纳-微米双尺度烧结模型,该料浆在高温烧成过程中,由于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,并牢固包裹住多孔刚玉颗粒从而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复合耐火骨料的目的。 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。本项目的所制备的轻量刚玉复合耐火骨料具有体积密度小、闭口气孔率高、热导率低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。