高强低导热莫来石制品

    莫来石刚玉制品强度高、抗热震性好、抗侵蚀能力强、高温体积稳定性好，而轻质莫来石刚玉材料具有多孔或纤维状结构，通常导热系数小，保温和吸声效果好，被广泛用作钢铁、化工等行业窑炉的保温层和建筑行业耐火保温层及隔音层。

     
采用高铝矾土和冶金硅灰作原料，聚苯乙烯球作造孔剂，利用凝胶注模工艺制备出高强轻质莫来石-刚玉制品，主要探究料浆的最佳PH值和分散剂用量，测定了1550℃烧结样品的强度、气孔率、热导率、物相组成和微观结构，制备出的莫来石-刚玉材料体密0.37g/cm3，气孔率87.37%，强度高达2.17MPa，热导率仅为0.22W（m·k）。

      本次采用的主要原料为高铝矾土（Al2O3
94.55%，D50=44um)、硅灰（SiO2
92.32%）和聚苯乙烯球（粒度＜3mm）。结合剂采用聚丙烯酰胺凝胶体系溶液，分散剂选用柠檬酸三铵，采用盐酸和氨水调节浆料PH值。

     
将75%的高铝矾土和25%硅灰（质量分数，下同）混合均匀，加入分散剂及部分结合剂制成的预混液，搅拌1h制成料浆，再用盐酸和氨水调节料浆的PH值。加入造孔剂及剩余结合剂，搅拌0.5h，制成注模用悬浮体。注入模具，自然凝固12h，脱模后在80℃下干燥12h，于1550℃保温5h烧结，即得到制品。

      实验中粘度用NDJ-8S数字粘度仪测量，PH值用pHs-25数显示酸度计测量。

      料浆的性能测定

     
不同温度下pH值对粘度的影响如图1所示。在30、40、50、60℃4个温度下，粘度均随PH值增大而减小。并随着pH值的增大，粘度减小幅度有减缓的趋势。当PH值为9左右时，粘度趋于稳定，变化不大。根据胶体化学，调节PH值远离等电位点，Zeta电位绝对值大，排斥能力增大，有利于颗粒在液相中分散，因而粘度小。但随着PH值进一步增大，由于悬浮体中引入了较多的OH-，增加了悬浮体中电解质的浓度，压缩了双电层，导致电位降低，易引起颗粒团聚而沉降。为了有效控制制备工艺，本实验选定最佳PH=9。

      分散剂含量对料浆粘度的影响

     
分散剂用量对料浆粘度的影响如图2所示。分散剂加入量较少时，颗粒表面吸附的阴离子团较少，表面电荷密度较低，粒子间排斥力较小，因而料浆流动性较差，粒度较大，随着分散剂用量的增加，颗粒表面吸附的阴离子团增多，表面电荷密度升高，颗粒间静电排斥力也相应增加，同时，加入的分散剂增多，使空间位阻作用增大，料浆的流动性明显改善，粘度显著降低。由图2可以看出，当分散剂加入量达到0.33%时，料浆的粘度最低，此时的流动性最佳。

     
当分散剂用量进一步增加，粘度反而增加，料浆的流动性变差。这是由于分散剂过量时，过剩的分散剂分子填充于颗粒间，空间位阻增大使料浆粘度反而增大，而且分散剂的过量加入，会使料浆中的离子强度升高，压迫双电层使之厚度减小，电位也随着降低，胶体间静电斥力减小，导致料浆粘度增加。因此，加入0.33%的分散剂，料浆粘度最小，易于注模。

      同时可以看出，在碱性条件下（料浆PH=9），30、40℃时分散剂对料浆粘度的影响较大，而50，60℃时分散剂对料浆粘度的影响较小，曲线较为平缓，表明高温下由于聚合作用的发生，分散剂的作用明显减小。

      球料对制品性能的影响

      表1是不同球料比（聚苯乙烯球的体积与粉料质量之比，mL·g-1）下所得到的制品的性能。
表1 制品的性能

      球料比对制品体积密度的影响

     
从表1可以看出，造孔剂聚苯乙烯球加入量对烧结后制品密度有显著的影响。随造孔剂加入量增加，材料的体积密度减小，气孔率增大。当球料比为1:1时，体积为0.885g/cm3，气孔率为69.5%；当球料比为4:1时，体密为0.367g/cm3，气孔率为87.37%。

      结论

      （1）高铝矾土和硅灰的聚丙烯酰胺凝胶体系料浆最佳ph值为9，最佳分散剂用量为0.33%，这时料浆具有良好的流动性。

     
（2）制备出最小体积密度仅为0.37g/cm3的保温材料，气孔率高达87.37%，热导率仅为0.22W/(m·K)，强度高达2.17MPa。

      （3）制备出的轻质莫来石-刚玉制品材料主晶相为莫来石，并含有少量刚玉相，气孔分布均匀，孔壁薄而完整并分布有封闭小气孔，保障材料具有低密度、高强度、低热导率等特点，综合性能优良。