新型耐火材料陶瓷纤维浇注料的制备工艺过程及应用

陶瓷纤维浇注料是一种新型耐火材料，它集重质耐火浇注料和轻质隔热浇注料的优点于一体，既具备高强度、耐高温的性能，又具备低体积密度、低导热率的隔热性能。

到目前为止，不论是国内还是国外研制生产的陶瓷纤维浇注料，其工艺过程基本上是：将陶瓷纤维棉破碎后直接掺入各种不定型耐火材料中。根据耐火度的不同来选用不同种类的基质料和结合剂，将破碎后的陶瓷纤维加在这些散状料中，经搅拌、加水（加水量达到40％～90％其收缩大）和浇注成型后，破碎的陶瓷纤维分散度不好，大多都以云片状或团絮状大小不均匀的形式存在。虽然陶瓷纤维浇注料体轻隔热，但是浇注料的强度很低、收缩很大，并且也没有真正发挥陶瓷纤维隔热的全部特性，也就是说，陶瓷纤维在与耐火散状料混合后，纤维的多孔性能大多被破坏，多处被耐火泥浆灌满，直接影响到这个产品的整体强度和最佳隔热效果。

粒状陶瓷纤维浇注料，既具备了重质耐火浇注料的耐高温、高强度新型耐火材料和高温下的低收缩率，又具备了轻质隔热浇注料的低导热率和高抗热震性。粒状陶瓷纤维浇注料在500℃时导热系数为0.48W/m·k左右。高强轻质浇注料的出现，改善了炉墙整体浇注的保温绝热效果，但大多轻质隔热浇注料的使用温度低、强度小。目前的氧化铝空心球耐火浇注料和莫来石高强轻质浇注料，在110℃烘干的耐压强度虽然达到12～18MPa，在高温下却提高很少，仅在25MPa，在500℃时导热系数<0.8W/m·k，仍然比粒状陶瓷纤维浇注料导热系数大一倍左右。

1.基本理化指标。粒状陶瓷纤维浇注料基本理化指标来自标准试块（160mm×40mm×40mm导热系数分别采用了热线法和平板法），近50块的数据统计平均结果。

2.抗热震稳定性。抗热震稳定性指标测试方法：标准试块（160mm×40mm×40mm）110℃×24h烘干后，测其抗折强度为起始强度，再放入电炉加温到1100℃保温15分钟，投入到（水温保持在15℃～35℃）流动水中约5分钟冷却，每冷却10次测一次抗折强度，最后将数据绘制成曲线。

添加陶瓷纤维颗粒的浇注料，纤维颗粒是高气孔率结构，纤维颗粒相互之间碰撞和摩擦下来的超细粉末穴即晶须雪约10％左右存在于浇注料基质材料中（长度在15～50μm之间），在浇注料内形成桥接和诱导裂纹偏移作用，此外纤维的晶须阻碍应力拔出效应，这些功能都提高了浇注料的抗热震性。

在浇注料中的骨料为陶瓷纤维颗粒，应力沿颗粒圆周表面转向偏移，消耗了裂纹的扩展能，进入颗粒内的应力又得到释放，从而提高了抗热震稳定性。最重要的是，纤维颗粒是由分散均匀穴长径比10～20雪纤维制成的，其微观组织由纤维杆交错编织的，单位体积内气孔率高。在浇注料的基体组织承受应力的情况下，纤维颗粒发挥了阻碍和释放应力的功能。

3.保持高强度。陶瓷纤维浇注料制品中的纤维形状，决定了这种浇注料成型后的强度和最佳绝热效果，粒状陶瓷纤维以球柱体作为骨料存在于耐火基质料中，对整个制品机械性能有很大的影响：①球柱状造成的应力小，而带有尖角与规则形状的骨料能形成很大的应力；②骨料在相同的体积下，球柱状的表面小，因而削弱基体的有效面积最小；③球柱状没有破坏制品的连贯性，片状和无规则骨料和散状耐火纤维棉交叉贯穿分布，因而切割基体严重。由于上述3方面原因，球柱状纤维骨料能利用耐火材料基体强度的70％～90％，而其他尖角状和片状陶瓷纤维棉料只能发挥30％左右。

4.低导热系数。除氢气外，大多数气体都包括空气，在静止状态下都是一种低导热系数和低热容量的物质。陶瓷纤维的导热系数接近于气体，这是因为陶瓷纤维是由固态纤维杆交织而成的，空隙中充满了空气，空气率达90％左右。大量空气充填破坏了固态分子的连贯网络结构，从而使陶瓷纤维具有优良的高温隔热保温性能。高温隔热材料大多是以无机非金属为基质的，多相、不均匀、多晶体和多气孔的耐火陶瓷。气体的体积比例大多情况下在70％～90％之间。这种材料在多数情况下具有连续分布的气孔。陶瓷纤维的微观结构中有连续的气孔相，也有分割成不是彼此相连的气孔仓存在。

纤维杆交织没有方向性，固体相导热只能按照纤维杆的方向进行，所以固相的导热并不完全垂直于热面，有时候传递的途径曲折迂回，这样也影响了纤维中固相的导热效果。另外，固相间80％是点线接触，所以固相导热传递过程也是一个热阻增大的过程。而气相和气孔率越高，阻碍传热效果越好，对流的强度主要与温差有关，而与平均温度无关，因为单位气孔两端温差很小，气体在各气孔的对流传热甚微。进入到纤维内部得热气流受气压也与固相纤维杆一起形成了一个密实体屏蔽，阻碍着热气体侵入。

粒状陶瓷纤维浇注料适应高温承压的热工设备保温隔热，如高温回转窑隔热层、高炉热风炉工作衬等，粒状耐火纤维颗粒可作为骨料，在镁质浇注料、中重质喷涂料中，获得高强、高韧、耐磨和低导热率炉衬。