纤维增强莫来石轻质耐火材料的制备＊

2011-11-20陈皇忠

陶瓷 2011年9期

关键词：气孔率发泡剂耐压

陈皇忠

（广东热金宝特种耐火材料实业有限公司广东揭东 515500）

纤维增强莫来石轻质耐火材料的制备＊

陈皇忠

（广东热金宝特种耐火材料实业有限公司广东揭东 515500）

采用硅酸铝纤维并利用传统的工艺制备了纤维增强莫来石轻质砖。研究了纤维的种类、加入量对其性能的影响，并进行了显微结构的初探。结果表明，纤维引入衬火基质中能显著地提高材料的强度，且随着纤维加入量的增加试样强度大幅度增加。

陶瓷纤维莫来石轻质砖纤维增强

前言

目前轻质隔热耐火材料向更耐高温、抗热震稳定性良好的方向发展，提高高温轻质隔热材料的抗热震稳定性和力学性能是研究的主要课题［1～2］。纤维增强复合耐火材料是利用纤维的高强度、高模量以及复合材料的断裂机制来提高材料的性能，以开发更为优越的功能耐火材料［3～4］。本研究在制品中掺入少量的耐火纤维，使之能均匀地分散到材料中，以提高轻质耐火材料的强度及抗热震稳定性能。

1 实验过程

试验以工业氧化铝（氧化铝含量为99.3%），石英砂（氧化硅含量为99.35%）为主要原料，苏州粘土（氧化铝含量为37.62%）为结合剂和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为发泡剂，外加剂有减水剂（三聚磷酸钠）和稳泡剂（糊精）。

纤维分散法分为湿法分散和干法分散2种。

湿法分散：将硅酸铝纤维棉加入适量的水及分散剂，采用电磁搅拌器搅拌15min后，将其与原料在球磨机中共同湿磨，湿磨时间为1h。将制好的泥浆在25mm×25mm×125mm的模具中浇注成形。

干法分散：将耐火原料和耐火纤维混合研磨，控制适当的研磨时间。在含纤维的混合料中加入结合剂，机械搅拌至均匀，然后将泥料进行挤压成形。

成形并干燥后的试样在电炉中烧成，烧成制度为：以4℃/min的升温速度从室温升到1 400℃，保温3h后随炉冷却。按国家相关标准测定烧后制品的容重，显气孔率，耐压强度和抗折强度。

2 结果与分析

2.1 发泡剂加入量对制品性能的影响

十二烷基苯磺酸钠（SDBS）加入量分别为原料总质量的0.2%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%。研究发现，加入适量的SDBS发泡剂，制备轻质耐火制品过程中发泡效果好，气泡多且均匀。而加入过量的SDBS发泡剂时，料浆在搅拌中会产生过量的泡沫，料浆内部的气泡破裂，气体大量排出，产生的气泡大而不均匀。SDBS加入量对制品的容重、显气孔率和耐压强度的影响如图1和图2所示。随着SDBS发泡剂加入量的增加，试样的容重呈下降趋势，SDBS发泡剂加入量超过1%时，试样容重略有上升，试样的耐压强度随着发泡剂加入量的增加而降低，即随容重的降低，制品的耐压强度下降。但在制品的容重为0.65g/cm3时，其耐压强度仍大于3MPa。

图1 发泡剂的加入量对制品的容重、显气孔率的影响Fig.1 The effect of SDBS content on bulk density and apparent porosity of samples

图2 发泡剂的加入量对制品耐压强度的影响Fig.2 The effect of SDBS contenton crushing strength of the samples

2.2 湿法分散纤维的加入量对性能的影响

研究了湿法工艺，硅酸铝纤维加入量对制品常温物理性能的影响。硅酸铝纤维加入量分别为0，0.5%，1.0%，2.0%，3.0%，其加入量对制品容重，显气孔率，耐压强度，抗折强度的影响，如图3、图4、图5所示。

图3 硅酸铝纤维加入量对制品容重、显气孔率的影响Fig.3 The effect of fiber content on bulk density and apparent porosity of the samples

图4 硅酸铝纤维加入量对制品耐压强度的影响Fig.4 The effect of fiber content on crushing strength of the samples

图5 纤维含量对制品抗折强度的影响Fig.5 The effect of fiber content on rupture strength of the samples

由图3可知，随着硅酸铝纤维加入量的增加，对制品容重影响不大。然而，制品的强度逐渐增大（见图4，图5）。当硅酸铝纤维加入量为1%时，制品强度达到最大值。可能是因为加入适量的硅酸铝纤维在基体中起结合桥接作用。当裂纹尖端扩展时，很容易遇到弹性模量比基体大得多的硅酸铝纤维，这时裂纹将发生偏离，将沿着纤维与基体的结合面（使纤维与基体界面发生解离）或在基体内扩展，这样平面裂纹变成了非平面裂纹，表面积与表面能增大，就能吸收更多的断裂功，故制品耐压强度增大明显；但随着硅酸铝纤维的继续加入，制品的强度明显降低。可能是由于硅酸铝纤维过多而难以分散，造成硅酸铝纤维发生团聚现象使制品性能下降。

2.3 纤维干法分散对制品性能的影响

研究了干法分散工艺、分散时间对制品常温物理性能的影响。分散时间分别为15min、30min、60min，确定合适的球磨时间。纤维分散时间对制品的耐压强度和烧结后线变化率的影响，如图6、图7所示。制品的容重随着纤维分散时间的增长，耐压强度先增大后减小，总体上比没加纤维的强度要大，而烧结后线变化率呈减小的趋势。可能是由于分散时间的增长，纤维的分散效果越好，起到了增韧的作用。