輕質耐火材料的制備方法通常與傳統的輕質耐火材料相似,主要由骨料和基材組成,根據材料體系或用途,可以選擇壓制成型,澆注成型等成型方法,然後在中高溫下燃燒後直接使用或不燃燒。然而,傳統的耐火材料使用緻密骨料,而輕質耐火材料使用輕質骨料,輕質骨料對輕質耐火材料的結構和性能具有決定性的影響。當然,也有一些輕質耐火材料的制備方法,其輕質骨料制備方法幾乎相同,其完整性和均勻性更好。考慮到輕質骨料是輕質耐火材料制備中最重要的部分,下面僅介紹一些輕質骨料制備方法。一般來說,輕質骨料的制備方法主要基于輕質絕緣耐火材料,這些方法主要包括燒壞加成法、發泡法、原位分解合成法、局部燒結法、凝膠注射法、溶膠-凝膠法和納米顆粒燒結法。

摩爾陶瓷子產品
(1) 倦怠
燒結法又稱穿孔器燒壞法,這種方法通常用于制備輕質耐火材料和保溫材料,是在配料中添加一定數量的易燃殘渣,如稻殼、木屑、澱粉、有機聚合物微球、煤粉、石油焦、焦炭和聚苯乙烯等有機物質。這種類型的材料也稱為穿孔材料和穿孔材料。在高溫下,這些穿孔材料被燃燒并轉化為蒸發形成孔隙的氣體。這種方法是生産絕緣耐火材料最常用的方法。Mohanta等人制備了在1700°C的熱處理溫度下孔率高于20%和66%,以鳄梨為穿孔劑,甘蔗為結合劑的氧化鋁多孔陶瓷;Sandoval等人以高嶺土、滑石粉和活性氧化鋁為主要原料,利用澱粉作為穿孔劑和結合劑,在1330°C的熱處理溫度為4h下制備輕質锆石多孔陶瓷Isobe等人以碳纖維為穿孔器,在1600°C的熱處理溫度下保溫2h, 而制備的輕質氧化鋁陶瓷孔隙率為38%,其抗彎強度可達171MPa。
這種方法的優點是孔徑,孔隙率和孔隙分布可以通過穿孔材料的尺寸,形狀和數量來控制。缺點是原料混合不均勻會導緻孔隙分布不均勻。當可燃物無休止地燃燒時,它們容易産生黑色的核心。當添加聚苯乙烯球等一些有機合成穿孔器時,燒結時會産生一些有毒氣體,也會對環境造成污染。
(2) 發泡法
發泡法又稱發泡法,是将發泡劑、發泡穩定劑和水按照一定比例混合制成穩定、氣泡粒徑小且發泡均勻的液體。成型後,通過将樣品放入恒溫和恒定濕度護理罐中,然後放入恒溫幹燥罐中進行幹燥,通過熱處理生産樣品。陳環等采用發泡法制備了體積密度和孔隙,核殼結構(外部緻密,内部多孔)和輕質剛玉聚集體,溫度分别為3.08g/cm3和10.9%,在1000c時的導熱系數為0.75W/m.K.。
與泡沫浸漬工藝相比,該方法可以調節樣品的形狀,孔隙和密度。反過來,多孔材料也準備好滿足預期。該方法特别适用于閉孔陶瓷産品的生産。與第一種發泡法相比,這種方法更容易生産出體積密度小的保溫産品,但發泡法也有其缺點,即生産工藝較複雜,生産控制較困難,生産效率相對較低。
(3)原位分解合成方法
原位分解合成是利用樣品在高溫下分解産生的氣體制備多孔材料的方法,其中在燒結過程中除去氣體或結晶水,進而形成孔隙。[0017] 李樹晶等通過Al(OH)3的原位分解産生孔隙,并生産出孔徑小、孔隙分布均勻的多孔莫萊石材;方奕等以粘土粉為原料,有機高分子作為穿孔劑和粘結劑,同時加入少量Al(OH)3細粉,在1400°C下燒結,制成多孔鋁土礦骨料;Yan等人以鎂砂礦和Al(OH)3為主要原料,以TIO2為添加劑,采用原位分解合成輕質多孔尖晶石陶瓷,樣品孔隙率達到53%,其平均孔徑、褶皺強度和環境壓力強度分别為5.95米、8.5MPa和21MPa。
雖然原位合成技術具有合成成本低、孔徑小、孔隙分布相對均勻等諸多優點。但是,存在很多問題,如所示:反應物的含量和反應速度的比例有較大影響,而且更難控制,這是樣品的可塑性較高,物料孔隙率不會很高。
(4) 凝膠注射模具法
凝膠注射法是将某些化學物質添加到漿料的原料中,并通過一定的化學反應獲得多孔材料。該方法的原理是,通過觸發器和催化劑的作用,漿料原料中的有機單體可以完全交聯并聚合成三維網狀結構,進而可以固化漿料原料。然後将産品幹燥并進行熱處理以獲得産品。Fukushima等人将鼹鼠顆粒散射在凝膠中,然後加入冰結構蛋白質添加劑,這些添加劑在1500°C燒結之前被冷凍和幹燥。所得絕緣材料在室溫下的導熱系數為0.23~0.38W/(m.K),壓力強度為1-22MPa。
與其他方法相比,凝膠注射膜成型方法具有許多優點:成本低,對原材料的要求低,可應用于廣泛的領域;成型更容易控制,可以制備不同規格的複雜部件;交聯毛坯的強度高于正常方法。
(5) 溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法(Sol-Gel法,或SG法)通過無機或金屬醇鹽作為前驅體均勻混合,原料經過水解和縮合的化學反應,再通過凝膠的聚合,進而制備出具有三維網狀結構的凝膠。凝膠經幹燥和熱處理後可生成納米結構材料。
溶膠-凝膠法制制備的窄範圍材料孔徑分布可以通過溶液組成和熱處理工藝來調節孔徑大小,但該方法的原料有限,生産效率相對較低,合成溫度高,團聚嚴重,這是目前研究中比較活躍的方法。
(6)納米粒子燒結法
納米顆粒一般具有較高的比表面積和燒結活性,通過引入納米顆粒可以增加反應過程,然後不能排除孔隙并以封閉孔隙的形式在樣品中,進而獲得輕質聚集體。Perko等人用11nm氧化锆覆寫亞微米級氧化锆,在1400°C熱處理溫度下保溫2h制成氧化锆多孔陶瓷,其相對密度為60%,強度可達430MPa;傅等人以氧化鋁微粉為主要原料,利用澱粉作為穿孔劑和結合劑,然後引入少量氧化鋁溶膠,在1800°C熱處理保溫3h,制備體積密度為3.05g/cm3,平均孔徑為0.43μm的輕質剛玉骨料。納米顆粒的加入使孔徑從微米減小到納米級,納米孔徑分别使澆注材料的折疊強度和環境壓力強度提高了50%和125%。但是,由于納米顆粒作為原料制備試樣的成本很高,是以難以大規模應用。