耐火材料結(jié)合劑的技術(shù)演進(jìn):從傳統(tǒng)黏土到現(xiàn)代有機(jī)/無機(jī)復(fù)合體系
作為耐火材料,過去連副原料都稱不上的各種結(jié)合劑(binder),隨著技術(shù)的發(fā)展,及不定形耐火材料及不燒耐火磚(鎂炭磚等)使用量的增加,成為了重要的材料。耐火材料用的結(jié)合劑有無機(jī)類和有機(jī)類,它是兩者混合的物質(zhì)。
歷史上最古老的結(jié)合劑是天然產(chǎn)的黏土,它是借助黏土礦物的膠體利用其黏著力的物質(zhì)。結(jié)合劑是選擇黏著力高的黏土(結(jié)合黏土),另外,黏土內(nèi)膠體的分散狀態(tài)由于和黏土中所包含的植物起源的腐殖酸等有機(jī)酸的密切關(guān)系,借助微生物希望黏土中的有機(jī)物變質(zhì),黏土礦物的堿基置換,長時(shí)間放置黏土,即進(jìn)行了所謂使風(fēng)化(weathering)。它的結(jié)合強(qiáng)度在耐火磚成型后能夠充分地保持形狀和搬運(yùn)。
其他的結(jié)合劑中,很早就開始使用了煤焦油、糖蜜、動(dòng)物膠等,除去黏土之外大部分的結(jié)合劑為有機(jī)類的物質(zhì),無機(jī)類的物質(zhì)當(dāng)中,使用了古代煉金技術(shù)時(shí)期所發(fā)明的水玻璃(硅酸鈉),石灰乳,來自海水中的苦鹽、石膏等,但真正的結(jié)合劑技術(shù)及其有效利用的開始是在二戰(zhàn)結(jié)束后,出現(xiàn)了歸納整理這些技術(shù)的學(xué)術(shù)論文。
無機(jī)類當(dāng)中,首先是戰(zhàn)后急速使用增加的澆注料用的高鋁水泥,從19世紀(jì)起人們開始注意其快速水硬性,1913年在CimentsLafarge 公司(法國)開始工業(yè)性生產(chǎn)這種水硬性水泥,日本于二戰(zhàn)期間在大阪窯業(yè)公司也進(jìn)行了生產(chǎn),但真正的生產(chǎn)還是在戰(zhàn)后。通過適合于這種耐火材料用途的化學(xué)組成、水和特性、加熱時(shí)形態(tài)的研究,開發(fā)出許多的改良產(chǎn)品,同時(shí)也開發(fā)了混合劑等各種改善性能的添加劑。
磷酸及磷酸鹽類也是二戰(zhàn)后出現(xiàn)的結(jié)合劑。嚴(yán)格地說最初利用磷酸鋅用于黏土質(zhì)耐火材料制造方面的是美國的例子(1941年),這方面可以說以1950年所發(fā)表的W.DKingery 的論文為出發(fā)點(diǎn)。磷酸、一磷酸鋁、六聚偏磷酸鈉等,根據(jù)其特性在澆注料可塑料、噴吹材料、涂層材料中進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用,磷酸鹽系的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)和在加熱時(shí)的形態(tài)其后得到了明確,例如,圖 8-3為其中的例子。






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