適用于高溫回轉(zhuǎn)窯的粒狀陶瓷纖維澆注料

   陶瓷纖維澆注料是一種新型耐火材料，它集重質(zhì)耐火澆注料和輕質(zhì)隔熱澆注料的點于一體，既具備高強(qiáng)度、耐高溫的性能，又具備低體積密度、低導(dǎo)熱率的隔熱性能到目前為止，不論是還是國外研制生產(chǎn)的陶瓷纖維澆注料，其工藝過程基本上是：將陶瓷纖維棉破碎后直接摻入各種不定形耐火材料中。根據(jù)耐火度的不同來選用不同種類的基質(zhì)料和結(jié)合劑，將破碎后的陶瓷纖維加在這些散狀料中，經(jīng)攪拌、加水（加水量達(dá)到40％～90％其收縮大）和澆注成型后，破碎的陶瓷纖維分散度不好，大多都以云片狀或團(tuán)絮狀大小不均勻的形式存在。雖然陶瓷纖維澆注料體輕隔熱，但是澆注料的強(qiáng)度很低、收縮很大，并且也沒有真正發(fā)揮陶瓷纖維隔熱的全部特性，也就是說，陶瓷纖維在與耐火散狀料混合后，纖維的多孔性能大多被破壞，多處被耐火泥漿灌滿，直接影響到這個產(chǎn)品的整體強(qiáng)度和佳隔熱效果。

   粒狀陶瓷纖維澆注料，既具備了重質(zhì)耐火澆注料的耐高溫、高強(qiáng)度和高溫下的低收縮率，又具備了輕質(zhì)隔熱澆注料的低導(dǎo)熱率和高抗熱震性。粒狀陶瓷纖維澆注料在500℃時導(dǎo)熱系數(shù)為0.48W／m·k左右。高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料的出現(xiàn)，改善了爐墻整體澆注的保溫絕熱效果，但大多輕質(zhì)隔熱澆注料的使用溫度低、強(qiáng)度小。目前的氧化鋁空心球耐火澆注料和莫來石高強(qiáng)輕質(zhì)澆注料，在110℃烘干的耐壓強(qiáng)度雖然達(dá)到12～18MPa，在高溫下卻提高很少，僅在25MPa，在500℃時導(dǎo)熱系數(shù)＜0.8W／m·k，仍然比粒狀陶瓷纖維澆注料導(dǎo)熱系數(shù)大一倍左右。

   1.基本理化指標(biāo)。粒狀陶瓷纖維澆注料基本理化指標(biāo)來自標(biāo)準(zhǔn)試塊（160mm×40mm×40mm導(dǎo)熱系數(shù)分別采用了熱線法和平板法），近50塊的數(shù)據(jù)統(tǒng)計平均結(jié)果。

   2.抗熱震穩(wěn)定性?？篃嵴鸱€(wěn)定性指標(biāo)測試方法：標(biāo)準(zhǔn)試塊（160mm×40mm×40mm）110℃×24h烘干后，測其抗折強(qiáng)度為起始強(qiáng)度，再放入電爐加溫到1100℃保溫15分鐘，投入到（水溫保持在15℃～35℃）流動水中約5分鐘冷卻，每冷卻10次測一次抗折強(qiáng)度，后將數(shù)據(jù)繪制成曲線。

   添加陶瓷纖維顆粒的澆注料，纖維顆粒是高氣孔率結(jié)構(gòu)，纖維顆粒相互之間碰撞和摩擦下來的超細(xì)粉末穴即晶須雪約10％左右存在于澆注料基質(zhì)材料中（長度在15～50μm之間），在澆注料內(nèi)形成橋接和誘導(dǎo)裂紋偏移作用，此外纖維的晶須阻礙應(yīng)力拔出效應(yīng)，這些功能都提高了澆注料的抗熱震性。

   在澆注料中的骨料為陶瓷纖維顆粒，應(yīng)力沿顆粒圓周表面轉(zhuǎn)向偏移，消耗了裂紋的擴(kuò)展能，進(jìn)入顆粒內(nèi)的應(yīng)力又得到釋放，從而提高了抗熱震穩(wěn)定性。重要的是，纖維顆粒是由分散均勻穴長徑比10～20雪纖維制成的，其微觀組織由纖維桿交錯編織的，單位體積內(nèi)氣孔率高。在澆注料的基體組織承受應(yīng)力的情況下，纖維顆粒發(fā)揮了阻礙和釋放應(yīng)力的功能。

   3.保持高強(qiáng)度。陶瓷纖維澆注料制品中的纖維形狀，決定了這種澆注料成型后的強(qiáng)度和佳絕熱效果，粒狀陶瓷纖維以球柱體作為骨料存在于耐火基質(zhì)料中，對整個制品機(jī)械性能有很大的影響：

   ①球柱狀造成的應(yīng)力小，而帶有尖角與規(guī)則形狀的骨料能形成很大的應(yīng)力；

   ②骨料在相同的體積下，球柱狀的表面小，因而削弱基體的有效面積?。?/p>

   ③球柱狀沒有破壞制品的連貫性，片狀和無規(guī)則骨料和散狀耐火纖維棉交叉貫穿分布，因而切割基體嚴(yán)重。由于上述3方面原因，球柱狀纖維骨料能利用耐火材料基體強(qiáng)度的70％～90％，而其他尖角狀和片狀陶瓷纖維棉料只能發(fā)揮30％左右。

   4.低導(dǎo)熱系數(shù)。除氫氣外，大多數(shù)氣體都包括空氣，在靜止?fàn)顟B(tài)下都是一種低導(dǎo)熱系數(shù)和低熱容量的物質(zhì)。陶瓷纖維的導(dǎo)熱系數(shù)接近于氣體，這是因為陶瓷纖維是由固態(tài)纖維桿交織而成的，空隙中充滿了空氣，空氣率達(dá)90％左右。大量空氣充填破壞了固態(tài)分子的連貫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使陶瓷纖維具有良的高溫隔熱保溫性能。高溫隔熱材料大多是以無機(jī)非金屬為基質(zhì)的，多相、不均勻、多晶體和多氣孔的耐火陶瓷。氣體的體積比例大多情況下在70％～90％之間。這種材料在多數(shù)情況下具有連續(xù)分布的氣孔。陶瓷纖維的微觀結(jié)構(gòu)中有連續(xù)的氣孔相，也有分割成不是彼此相連的氣孔倉存在。

   纖維桿交織沒有方向性，固體相導(dǎo)熱只能按照纖維桿的方向進(jìn)行，所以固相的導(dǎo)熱并不完全垂直于熱面，有時候傳遞的途徑曲折迂回，這樣也影響了纖維中固相的導(dǎo)熱效果。另外，固相間80％是點線接觸，所以固相導(dǎo)熱傳遞過程也是一個熱阻增大的過程。而氣相和氣孔率越高，阻礙傳熱效果越好，對流的強(qiáng)度主要與溫差有關(guān)，而與平均溫度無關(guān)，因為單位氣孔兩端溫差很小，氣體在各氣孔的對流傳熱甚微。進(jìn)入到纖維內(nèi)部得熱氣流受氣壓也與固相纖維桿一起形成了一個密實體屏蔽，阻礙著熱氣體侵入。

   粒狀陶瓷纖維澆注料適應(yīng)高溫承壓的熱工設(shè)備保溫隔熱，如高溫回轉(zhuǎn)窯隔熱層、高爐熱風(fēng)爐工作襯等，粒狀耐火纖維顆粒可作為骨料，在鎂質(zhì)澆注料、中重質(zhì)噴涂料中，獲得高強(qiáng)、高韌、耐磨和低導(dǎo)熱率爐襯。