微粉按粒徑和應(yīng)用范圍可以不太嚴(yán)格的分為兩類:一類為用于電子、磁性材料、光學(xué)材料及一些持殊精細(xì)陶瓷的超微粒子,其粒徑范圍大約為1 -100nm之間;另一類為主要用于一般陶瓷材料,粒徑為100-10000nm(0.1~1μm)的微粒子。
微粉作用基本機(jī)理是填充和潤(rùn)滑。微粉填充骨料與粉料間的空隙,使用水量降低;成型體排除水分后,留下的孔洞較少,這樣就可以提高耐火澆注料體積密度和降低顯氣孔率,從而改善材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,優(yōu)化材料性能。另外,微粉粒子在水中均能形成膠體粒子,有分散劑存在時(shí),粒子表面形成雙電層的重疊而產(chǎn)生靜電斥力,克服了質(zhì)點(diǎn)間的范德華力,降低了界面能,防止粒子之間吸附凝聚;同時(shí),粒子周圍吸附了分散劑而形成溶媒層,因此也增大了耐火的流動(dòng)性,優(yōu)化材料性能。在耐火澆注料中,應(yīng)用最多的微粉是活性SiO2粉和a-AL2O3粉其次是SiC粉、高鋁粉、白剛玉粉、棕剛玉粉、鋯英石粉和尖晶石粉等。常用采用活性SiO2粉和a-AL2O3粉兩種,介紹如下:
(1)SiO2微粉為無定形的非晶質(zhì)材料,中空球狀有活性,不團(tuán)聚,填充性好。摻入耐火澆注料凝結(jié)后SiO2表面形成硅醇基,經(jīng)干燥脫水架橋,形成硅氧烷網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),溫度升高不易斷裂。無定形二氧化硅的結(jié)構(gòu)模型可看出,氧化硅內(nèi)部有毛細(xì)管通道,其表面能緩慢的進(jìn)行離子化,即有斷鍵,遇水后易形成基Si—HO(即硅醇基),也會(huì)在水中離解成Si-O2-H,即硅醇基具有較強(qiáng)的親水性和活性。由于氧化硅微粉顆粒上有OH基存在,可能發(fā)生絮凝的傾向,這種氫鍵結(jié)合較弱,稍加剪切力,就會(huì)再度分散,黏性降低:受力后SiO2間又凝聚,黏性又增加了即SiO2微粉具有良好的觸變性和一定的凝聚性。
在耐火澆注料中SiO2微粉在水中形成膠體粒子,與分散劑共存時(shí),粒子表面形成雙電層的重疊而產(chǎn)生靜電斥力,降低了界面能,防止了粒子間的吸附絮凝;同時(shí),硅微粉在水中形成膠體,膠體粒子在其周圍吸附了分散劑形成溶媒層,從而增大了澆注料的流動(dòng)性,改善了其成型性能。此外由于硅微粉的顆粒細(xì)小、表面自由能大、晶格缺陷多、活性大,在中、高溫下較易發(fā)生固相燒結(jié)反應(yīng)和與高鋁質(zhì)耐火材料中的AL2O3發(fā)生莫來石化反應(yīng),從而提高了低水泥耐火澆注料的燒后強(qiáng)度。
(2)α-AL2O3微粉是用于工業(yè)氧化鋁煅燒后制成的。其特點(diǎn)是分散性好、顆粒小、高溫下易于燒結(jié)且體積效應(yīng)小等。α-AL2O3加入量對(duì)澆注料中,對(duì)其施工性能的影響比較顯著。在澆注料中加入適量的α-AL2O3微粉,一方面可以提高耐火澆注料的耐火度,在高溫下發(fā)生陶瓷化和莫來石化反應(yīng):另一方面起到微粉的填充作用,減少耐火澆注料的氣孔率,使?jié)沧⒘现械慕Y(jié)構(gòu)缺陷減少,提高其強(qiáng)度和抗渣侵蝕能力,改進(jìn)耐火材料的綜合性能等