耐火澆注料一般由兩部分組成:一是骨料,即非連續(xù)相;二是粘合矩陣,又稱為基質(zhì),即連續(xù)相,決定了澆注料各種特性的多樣性,其中粘合矩陣又分別包括粉料、結(jié)合劑和添加劑等成分。骨料和基質(zhì)這兩種成分之間的相互作用調(diào)節(jié)這澆注料的最終性質(zhì)。其中結(jié)合劑起到將骨料和基質(zhì)緊密連接在一起的作用。通過形成高溫相或通過加熱分解增強燒結(jié)動力學在生坯和更高溫度下為澆注料提供強度。因此,結(jié)合劑的選擇問題和對結(jié)合基質(zhì)的解析對澆注料的性能有很大影響。
耐火澆注料中常用的結(jié)合劑為鋁酸鈣水泥,因其凝固速度快且脫膜強度高而獲得廣泛應(yīng)用。但是,在含有硅微粉和(MgO)的體系中使用CAC有許多缺點,因所含的CaO在高溫下會與二氧化硅或氧化鋁形成鋁酸三鈣等結(jié)晶相,降低澆注料的耐腐蝕性和高溫機械強度。硅溶膠可以在燃燒后與耐火澆注料的氧化鋁中形成莫來石,有助于提高耐火材料的熱穩(wěn)定性、耐火性以及物理強度。但在以硅溶膠作為澆注料的結(jié)合劑也存在許多問題,其流動性和施工性能通常較差,因此需水量較大。由此可見,每種結(jié)合劑均具有自身的特性,其結(jié)合機制不同,所應(yīng)用的環(huán)境不同。深入了解其結(jié)合機理,對選擇合適的結(jié)合劑具有重要意義。
耐火澆注料靠結(jié)合劑的作用將其結(jié)合為整體,而結(jié)合劑的性質(zhì)在很大程度上決定了不定性耐火材料的常溫、中溫和高溫物理性能和力學強度。按所采用的澆注料結(jié)合劑的結(jié)合機理不同,可分為水化結(jié)合澆注料,如鋁酸鈣水泥和水合氧化鋁(ρ-AL2O3)結(jié)合澆注料;化學結(jié)合澆注料,如磷酸鹽結(jié)合澆注料,磷酸和磷酸二氫鋁結(jié)合澆注料;凝聚結(jié)合澆注料,如SiO2、AL2O3等微粉硅鋁溶膠結(jié)合澆注料。
各種結(jié)合劑的優(yōu)缺點如上(表1)所示,鋁酸鹽鈣水泥凝結(jié)時間短,脫膜強度高,在高溫環(huán)境中具有良好的力學強度,但其卻不適于中溫環(huán)境,而磷酸鹽和硅溶膠則適用于中低溫的工作環(huán)境。水合氧化鋁、硅溶膠和非硅基溶膠均具有雜質(zhì)少的優(yōu)點,有利于提高澆注料的純度,從而增強其物理性能。 此外,鋁酸鈣水泥、水和氧化鋁和硅溶膠均需水量較大, 導(dǎo)致澆注料的顯氣孔率低, 抗爆裂性能差。