不定形耐火材料是不經(jīng)過煅燒的耐火材料，其發(fā)展速度十分快，日本、美國和德國的產(chǎn)量已占耐火材料總產(chǎn)量的1/3以上，使用范圍已從軋鋼工業(yè)爐擴(kuò)展到煉鋼和煉鐵等高溫窯爐，解決了一些關(guān)鍵工藝設(shè)備襯里問題。
?。▓D注：SiO2超微粉（左） α-Al2O3超微粉（右））
超微粉作用機(jī)理
超微粉作用機(jī)理復(fù)雜，超微粉品種不同其作用機(jī)理也有區(qū)別。
在耐火澆注料中，超微粉的基本作用機(jī)理是填充空隙。傳統(tǒng)耐火澆注料雖然堆積密度較大也較致密，但仍有眾多的孔隙被過量的水填滿，水樣除后，留下許多孔隙。當(dāng)采用超微粉后，這些孔隙被超微粉填充，極少量的微孔被水填滿，這樣，耐火澆注料的拌和水量降低，成型體中的水排除后，留下的孔隙也較少。也就是說，在耐火澆注料中摻加超微粉可降低拌和用水量，同時(shí)能提高體積密度和降低顯氣孔率。
有研究在以白剛玉為主要原料的剛玉澆注料體系中添加不同超微粉來研究超微粉用量與水用量、體積密度和顯氣孔率的關(guān)系。結(jié)果表明：超微粉用量有最佳值，一般為5%~7%，當(dāng)超微粉用量小于5%時(shí)，骨粉料間的空隙未填充滿，水用量大、體積密度小、顯氣孔率高；當(dāng)超微粉用量大于7%時(shí)，填充空隙有余，因此剩余的超微粉需用水，且不密實(shí)、所以對澆注料的致密化已無貢獻(xiàn)。兩種超微粉中活性SiO2超微粉的填充效果比α-Al2O3超微粉好，其用量也可少些。超微粉不但細(xì)度起作用，而且其形狀和活性等，也起了作用，SiO2超微粉系硅灰，呈球形有活性，雖然粗些，其填充性和減水性比α-Al2O3超微粉好。
活性SiO2超微粉是非晶質(zhì)或無定形二氧化硅，比表面積較大，表面能也較大，易吸附空氣中的水發(fā)生團(tuán)聚，因此應(yīng)防潮且加分散劑后使用。氧化硅結(jié)構(gòu)內(nèi)部有毛細(xì)管道，其表面能緩慢地進(jìn)行離子化，即有斷鍵，遇水后形成硅醇基或水解，具有較強(qiáng)的親水性和活性。在耐火澆注料中，由于氧化硅超微粉顆粒上有-OH基存在，有氫結(jié)合、發(fā)生絮凝的傾向，然而這種氫鍵結(jié)合較弱，稍加剪切力，就會再度分散，黏性降低，當(dāng)解除剪切力后，SiO2微粒間又形成了凝聚，而水分子固定于SiO2凝聚體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空間，黏性又發(fā)生增加。也即活性SiO2超微粉具有良好的觸變性和一定的凝聚性。
超微粉的作用表現(xiàn)
在耐火澆注料中，黏土超微粉和氧化物超微粉如SiO2、Al2O3、Cr2O3等，在水中均能形成膠體粒子，當(dāng)有分散劑存在時(shí)，粒子表面形成雙電層的重疊而產(chǎn)生靜電斥力，即克服了質(zhì)點(diǎn)間的范德華力，降低了界面能，阻止了粒子之間的吸附絮凝；同時(shí)，粒子周圍吸附了分散劑而形成溶媒層，因此也增大了澆注料的流動性。這也是超微粉作用機(jī)理之一，即摻加超微粉及適宜的分散劑，可降低耐火澆注料的水用量，提高其流動性，從而改善澆注料的性能。
在耐火澆注料中，摻加超微粉的作用主要表現(xiàn)為：增強(qiáng)填充性，改善施工性，從而使其流動性增大，體積密度提高，顯氣孔率降低。因此，耐火澆注料的強(qiáng)度有顯著的提高，其他高溫性能也有較大的改善。應(yīng)當(dāng)指出，超微粉的作用與外加劑是分不開的。只有選擇合適的超微粉和外加劑品種，巧妙配伍，用量得當(dāng)，才能發(fā)揮其最大的作用。
在耐火材料行業(yè)中，高級燒成磚或不定形耐火材料，特別是致密高強(qiáng)黏土結(jié)合耐火澆注料和低水泥系列耐火澆注料中，微粉和超微粉的應(yīng)用越來越多，性能明顯提高，成本也隨之增加。因此，應(yīng)從耐火澆注料的性能及其成本等方面綜合考慮，選擇適宜的超微粉或微粉。
圖注：不同耐火超微粉的和化學(xué)組份和粒度組成
