近年來(lái)，關(guān)于納米技術(shù)在耐火材料中應(yīng)用的研究越來(lái)越多，主要是在耐火材料中引入納米粉體、引入溶膠和引入納米材料的前驅(qū)物來(lái)改善顯微結(jié)構(gòu)、提高材料性能，取得了較好的效果。因此，將納米技術(shù)在耐火材料中加以應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)高性能化，對(duì)開(kāi)發(fā)新型高性能納米復(fù)合耐火材料具有重要意義。本文基于作者有限的知識(shí)和認(rèn)識(shí)，試介紹和討論納米技術(shù)在不定形耐火材料、氧化物制品和含碳耐火材料中的應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)高性能化以及納米技術(shù)在耐火材料中應(yīng)用面臨的問(wèn)題及對(duì)策，期望能為耐火材料界同仁提供一些有實(shí)用價(jià)值的參考依據(jù)。
納米技術(shù)在不定形耐火材料中的應(yīng)用
納米技術(shù)在不定形耐火材料中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在澆注料中，引入的方式主要有外加納米粉、以溶膠為結(jié)合劑和引入前驅(qū)物后原位形成納米結(jié)構(gòu)。利用納米粉自身特性、分布和表面、界面效應(yīng)來(lái)達(dá)到提高結(jié)合性、減少加水量、降低有害組分、增加反應(yīng)活性、提高某些性能的目的。
納米粉可促進(jìn)澆注料燒結(jié)，改善顯微結(jié)構(gòu)和某些性能。但由于價(jià)格昂貴，其在不定形耐火材料中應(yīng)用時(shí)的性?xún)r(jià)比值得考慮，因此應(yīng)尋找廉價(jià)的納米源，提高性?xún)r(jià)比。
鋁、硅等溶膠與對(duì)應(yīng)的氧化物納米粉相比，價(jià)格要低得多，將其作為結(jié)合劑取代水泥等傳統(tǒng)結(jié)合劑，將降低雜質(zhì)組分，提高材料性能，目前在此方面的研究成為新熱點(diǎn)。有很多專(zhuān)家學(xué)者系統(tǒng)研究了溶膠對(duì)剛玉基澆注料性能的影響。結(jié)果表明，在剛玉基澆注料中引入硅溶膠可明顯提高澆注料在800~1200℃下的熱態(tài)強(qiáng)度、抗熱震性和抗侵蝕性。鋁、硅溶膠作為結(jié)合劑取代水泥在剛玉-尖晶石澆注料和Al2O3-SiC-C澆注料中應(yīng)用時(shí)，納米顆粒可促進(jìn)燒結(jié)，結(jié)構(gòu)較致密，氣孔微細(xì)化，抗侵蝕性?xún)?yōu)良;且硅溶膠與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石，進(jìn)而明顯提高澆注料的高溫強(qiáng)度和抗熱震性。在澆注料中加入溶膠-凝膠法得到的納米尖晶石，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，其流動(dòng)性比加氧化鎂細(xì)粉和加共沉淀法制得的微米級(jí)尖晶石高出80%，同時(shí)具有優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性和抗渣性。
研究結(jié)果可知，在澆注料中引入溶膠作結(jié)合劑，可明顯提高性能并降低澆注料中有害成分的含量，且溶膠相對(duì)價(jià)格低，因此可作為工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的納米源物料。
另一種較經(jīng)濟(jì)地引入納米相的方法是加入納米前驅(qū)物，使其受熱分解后生成原位納米相。有研究者將納米碳酸鈣引入到剛玉-尖晶石澆注料中，高溫下納米碳酸鈣分解，原位生成鋁酸鈣系礦物，能明顯提高澆注料在800~1400℃的熱態(tài)抗折強(qiáng)度和抗熱震性能，對(duì)澆注料抗高堿度渣性能的影響較小，但明顯降低了抗低堿度渣的侵蝕性和滲透性。其原理在于800℃燒后納米CaCO3分解成CaO，并與Al2O3反應(yīng)生成無(wú)定形鋁酸鈣，產(chǎn)生原位結(jié)合;隨溫度升高，鋁酸鈣逐漸和更多地與Al2O3反應(yīng)，直到1600℃后完全生成板狀CA6，并均勻分布在澆注料中。