隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、宏觀政策調(diào)整，功能性高品質(zhì)耐火材料的需求量會(huì)越來(lái)越大。高鋁輕質(zhì)耐火材料因具有優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性、力學(xué)性能，而且耐高溫、耐磨損、保溫性能優(yōu)異等。在鋼鐵、化工、機(jī)械、陶瓷等行業(yè)關(guān)鍵部位使用，都顯示出比其他材料更為優(yōu)越的性能。因而高檔高鋁輕質(zhì)耐火材料的需求量將逐年遞增，市場(chǎng)前景十分廣闊。與此同時(shí)，人們對(duì)高鋁輕質(zhì)澆注料制品的性能要求也越來(lái)越高。在高鋁輕質(zhì)澆注料的制備過(guò)程中，簡(jiǎn)化工藝，提高效率，降低成本的要求也日益提高。近幾年，盡管高鋁輕質(zhì)澆注料制備技術(shù)已從初期的探索進(jìn)入應(yīng)用階段，新的制備技術(shù)不斷被提出，但是，還存在許多問(wèn)題有待解決。主要有以下幾個(gè)方面：

(1)各種制備技術(shù)對(duì)高鋁輕質(zhì)澆注料結(jié)構(gòu)的精確控制，包括對(duì)影響孔徑分布、大小、形狀等因素做系統(tǒng)分析；

(2)提高多孔陶瓷的強(qiáng)度，合理協(xié)調(diào)強(qiáng)度與氣孔率之間的關(guān)系，并建立起強(qiáng)度與氣孔結(jié)構(gòu)之間聯(lián)系的有效模型；

(3)改善多孔陶瓷的制備工藝，加強(qiáng)同其他制備工藝“復(fù)合”的工藝研究，制備多層梯度復(fù)合多孔陶瓷材料，促使多孔陶瓷材料向“多功能”化方向發(fā)展；

(4)理化性質(zhì)的表征方法有待進(jìn)一步完善。目前常用的BET、SEM壓汞法和氣體滲透實(shí)驗(yàn)等仍各有不足，缺乏全面表征的本領(lǐng)；加強(qiáng)多孔陶瓷在過(guò)濾操作技術(shù)的研究，使得過(guò)濾技術(shù)在各領(lǐng)域作業(yè)中更安全、更可靠；

(5)與環(huán)境相容性問(wèn)題的研究；

(6)解決規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化中關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；

(7)由于多孔陶瓷的制備涉及諸如表面與膠體化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、催化等眾多學(xué)科，因此要加強(qiáng)學(xué)科之間的交叉研究。

進(jìn)入2O世紀(jì)9O年代以后，凝膠注膜成型技術(shù)由于具有高固相含量、坯體纖維結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度高，能夠成型各種復(fù)雜形狀和易于加工等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為高性能材料研究領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)。傳統(tǒng)高鋁輕質(zhì)澆注料主要是運(yùn)用鋁酸鹽水泥結(jié)合劑和二氧化硅微粉等賦予材料的流動(dòng)性和凝結(jié)硬化特性進(jìn)行制備，這種制備方法必然在材料主成分(氧化鋁和氧化硅)體系中引入氧化鈣等雜質(zhì)成分，從而降低材料的高溫力學(xué)性能和耐火性能，影響材料的適用溫度范圍和使用壽命。所以選擇將水基凝膠注膜成型高鋁輕質(zhì)澆注料產(chǎn)品作為研究開(kāi)發(fā)方向。

2.技術(shù)原理

采用主要原料如下：納米SiO2(硅灰)、礬土微粉和聚苯乙烯球；本試驗(yàn)有機(jī)單體選用丙烯酰胺，交聯(lián)劑選用N，N一亞甲基雙丙烯酰胺，分散劑選用檸檬酸三銨，引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨，催化劑為N，N，N’，N’—四甲基乙二胺，采用氨水和鹽酸調(diào)節(jié)漿料pH值。

制備工藝如下：將硅灰和礬土微粉按照莫來(lái)時(shí)的理論配比進(jìn)行配料并混合均勻，制成混合粉體；將有機(jī)試劑按照最佳的比例加入到水中，制成水溶液；將混合粉體加入到水溶液中，攪拌均勻后，澆注到試模中，待試樣凝固并干燥后，放入高溫爐中燒成即可。

研究手段包括：

①應(yīng)用DLVO理論及擴(kuò)展的DLVO理論(EDLVO理論)研究了SiO2納米粉同類顆粒之間及SiO2納米粉一礬土微粉異類顆粒間相互作用能；對(duì)同類及異類顆粒間的分散過(guò)程進(jìn)行了量化分析；

②懸浮體特性測(cè)量：pH值測(cè)量；沉降實(shí)驗(yàn)；黏度測(cè)量；

③坯體性能表征：強(qiáng)度測(cè)量；綜合熱分析；

④燒結(jié)試樣組成與結(jié)構(gòu)分析：密度、強(qiáng)度、熱導(dǎo)率測(cè)定；X射線衍射分析；SEM觀察。

得出的主要結(jié)論是：用調(diào)整PH的方法實(shí)現(xiàn)SiO2納米粉、納米SiO2與礬土微粉混合懸浮液分散的難度較大；分散劑檸檬酸三銨的加入明顯地改變了納米SiO2的范德華作用能、靜電排斥能和空間位阻排斥能，使得總排斥勢(shì)能大幅度增加，這直接導(dǎo)致懸浮液體系的分散穩(wěn)定性得到顯著提高；并且加入分散劑的體系，顆粒間作用幾乎不受外界因素的影響(如pH)。燒后試樣的性能測(cè)定分析表明試樣的A12O3+SiO2總含量大于93％，TiO22.98％，體積密度為1.159／cm3的試樣耐壓強(qiáng)度23Mpa，熱導(dǎo)率(平均溫度349.9℃)0.47W，m·k，體積密度0.589／cm3的試樣耐壓強(qiáng)度8.8Mpa，熱導(dǎo)率(平均溫度349.9℃)0.22W／m·k，與同樣材質(zhì)、體積密度相同的國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平相比具有強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率小、純度高等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用開(kāi)發(fā)前景。試樣中氣孔大小主要分布在三個(gè)階段：0.2～lmm、2～4微米和2～70nm，這樣多級(jí)孔洞緊密級(jí)配的結(jié)果，是材料獲得體積密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱效果好的主要原因。

3.鑒定及應(yīng)用

3.1技術(shù)鑒定

河南省科技廳于2006年12月17日組織有關(guān)專家在鄭州市對(duì)“高鋁高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料的研制”項(xiàng)目進(jìn)行成果鑒定。鑒定委員會(huì)認(rèn)真審閱了提交的鑒定材料，聽(tīng)取了匯報(bào)，進(jìn)行了質(zhì)疑和討論，形成鑒定意見(jiàn)如下：

(1)所提供的鑒定資料齊全，數(shù)據(jù)可靠，符合鑒定要求，完成了河南省2006年重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)0623022700)的任務(wù)。

(2)該項(xiàng)目采用天然礬土為主要原料，利用凝膠注模技術(shù)，通過(guò)研究粉體的分散條件、懸浮液的流變性能以及凝膠固化工藝等，分析了凝膠固化機(jī)理和隔熱機(jī)理，研制出了A12O3+SiO2總含量達(dá)93％的高鋁高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料。該澆注料具有體積密度低、耐壓強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率小、施工方便等特點(diǎn)。將凝膠注模工藝應(yīng)用于輕質(zhì)耐火澆注料生產(chǎn)屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，該項(xiàng)技術(shù)成果屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

(3)所研制的耐火澆注料經(jīng)國(guó)家耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q／HYY01—2006的要求。

(4)該產(chǎn)品工藝成熟，技術(shù)可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，已批量生產(chǎn)，經(jīng)在軋鋼加熱爐、高溫電爐上使用，效果良好，滿足了使用要求，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

(5)建議針對(duì)不同使用條件開(kāi)發(fā)系列產(chǎn)品，并盡快推廣使用，以滿足市場(chǎng)需要。

3.2技術(shù)應(yīng)用

與其他多孔材料相比，高鋁輕質(zhì)澆注料具有以下優(yōu)良性能：高度開(kāi)口、內(nèi)連的氣孔、曲折的流程、大的比表面積、室溫及變化溫度下的高強(qiáng)度、低密度、良好的抗熱沖擊性、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、良好的過(guò)濾吸附性能、可作催化劑載體、微生物的固定、反滲透膜特性、微細(xì)發(fā)泡等。高鋁輕質(zhì)澆注料的性能是由微孔的化學(xué)表面特性和微孔的尺寸特性決定的。決定微孔表面化學(xué)特性的因素有陶瓷的組成、狀態(tài)和微孔表面的處理。微孔的特性尺寸中，微孔直徑、分布、形式、比表面積等對(duì)其過(guò)濾、分離、隔熱性能有很大的影響。不同工藝制備的高鋁輕質(zhì)澆注料其性能有所不同，不同的性能又決定了不同的應(yīng)用方向。例如：利用高鋁輕質(zhì)澆注料的均勻性，可以制作各種過(guò)濾器、分離裝置、流體分布元件、混合元件、滲出元件和節(jié)流元件等；利用高鋁輕質(zhì)澆注料吸收能量的性能，可以用做各種吸聲材料、減震材料等；利用高鋁輕質(zhì)澆注料發(fā)達(dá)的比表面積，可以制成各種多孔電極、催化劑載體、熱交換器、氣體傳感器等；高鋁輕質(zhì)澆注料密度低、隔熱性能好，是優(yōu)異的保溫材料，尤其是在高溫下表現(xiàn)出較低的導(dǎo)熱系數(shù)，可廣泛應(yīng)用于多種窯爐、高溫部位的保溫層以及高溫區(qū)的工作層，由于其自身具有短時(shí)耐超高溫特性，所以在航天工業(yè)中有潛在的應(yīng)用價(jià)值。