目前輕質耐火制品主要是由輕骨料和緻密基質構成且輕骨料占約50wt%左右比重較大所以輕質骨料性能優劣将直接影響輕質耐火制品的整體性能。

在耐火骨料中形成大小和數量合适及分布較均勻的氣孔是制備技術的關鍵多孔陶瓷具有低密度、耐高溫、耐熱沖擊、抗腐蝕、透過性均勻、機械強度較高等優異性能耐火骨料的研制大多采用這種材料的制備方法。

輕質莫來石骨料

多孔陶瓷是一類經高溫燒結内部具有大量彼此連通孔或閉孔的新型陶瓷材料控制氣孔的形成是多孔陶瓷制備過程中最為核心的步驟制備方法大體有顆粒堆積法、燃盡物加入法、有機泡沫浸漬法、發泡法、溶膠—凝膠法等。下面就以上幾種制備方法作相關簡介。

1、顆粒堆積法

顆粒堆積法也稱為固态燒結法或骨料堆積法該方法是以細粉為骨料利用細粉易于燒結的特點在高溫時生成部分液相并使其相互連接[24]。由于每一個細粉顆粒僅在幾個點上與其他顆粒連接造成彼此之間存在很多相互貫通的氣孔在材料冷卻後便形成三維的氣孔通道。這種工藝手段可通過調整顆粒級配的方法對孔的結構進行控制但其孔隙率僅與骨料的堆積方式相關而與骨料的粒徑無關所以通過此法制得的制品孔隙率往往不高一般為20%~30%故此法逐漸被其他制備方法取代或與其他制備方法結合使用如在原料中加入碳粉、木屑、澱粉、塑料等成孔劑高溫下使其燒失後可将整體孔隙率提高到75%左右。

2、燃盡物加入法

該工藝是在配料中添加一定數量的炭粉、木屑、煤粉、澱粉、聚甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚苯乙烯、聚乙烯醇等造孔物質這類材料常常被稱為賦孔劑或造孔劑它們在坯體中占有一定空間燒成過程中燒失除去而形成氣孔。此法工藝簡單産品空隙大小和形狀可根據造孔劑進行調節并能制得形狀複雜的産品利用此法制備出的多孔陶瓷既具有較高的孔隙率又具有較高的強度是多孔陶瓷制備方法中非常最常見的生産方法。但是其亦有一定局限性如氣孔分布不算均勻難以得到高孔隙率的産品等。

輕質耐火材料

3、有機泡沫浸漬法

1963年美國學者Schwartzwalder等發明了有機泡沫浸漬法其原理簡單是利用有機泡沫三維開孔網狀骨架結構作模闆将陶瓷料漿均勻塗覆在模闆表面形成塗層幹燥後燒掉有機泡沫從而獲得具有有機泡沫反型結構的多孔陶瓷其孔隙率可高達70%~95%。此法制得的産品空隙分布均勻成本低廉工藝過程簡單很适于工業化大生産。但是有機泡沫的燒除會在多孔陶瓷内形成少量碳殘留難以形成小空隙的閉孔從而降低多孔陶瓷的強度燃燒過程中所産生的有害氣體對環境也會造成污染。

4、發泡法

此法是将發泡劑及穩泡劑與一定比例的水混合先制成泡沫液與泥漿混合經澆注成型、養護、幹燥、燒成而制得制品此生産過程中泡沫泥漿的制備與穩定是發泡法制造輕質材料的關鍵。

與泡沫浸漬工藝相比此法更容易控制制品的形狀、成分以及密度并制備出各種孔徑和形狀不同的多孔陶瓷特别适合于閉孔陶瓷制品的生産與加入燃盡物相比該法更易生産體積密度小的隔熱制品多用于生産超輕質隔熱耐火制品。但是泡沫法也有一定的缺點其生産過程較複雜生産控制較困難生産效率較低。

高鋁隔熱磚

5、溶膠——凝膠法

Sol-Gel法主要用于制備微孔陶瓷特别是微孔陶瓷薄膜。其特點在于利用凝膠具有獨特的三維網狀結構來獲得孔徑為2~100nm的多孔陶瓷膜。其簡單制備過程是在一定的介質和催化劑作用下進行以金屬醇鹽及其化合物為原料的水解-縮聚反應使溶液由溶膠變成凝膠膠體粒子并在溶膠凝化過程中相互聯接形成網狀結構并使得溶液充斥其中然後溶液再經幹燥燒結過程揮發進而得到納米級空隙的多孔制品。

用Sol-Gel工藝制得的多孔陶瓷孔徑分布範圍極為狹窄其孔徑大小可通過溶液組成和熱處理過程的調節來控制但是其原料受到限制生産效率也較低是目前研究最為活躍的領域。

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