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對Al2O3微粉的質(zhì)量評價最重要的方面是其化學(xué)組成與顆粒尺寸大小分布。依照氧化鋁與氧化鈉的含量不同，氧化鋁微粉可分為三類：第一類中Al2O3質(zhì)量分數(shù)為99.0~99.5%，Na2O含量大于0.1%，通常在0.18%~0.55%之間;第二類為氧化鈉含量少于0.1%的低鈉氧化鋁微粉;第三類為Al2O3質(zhì)量百分比>99.9%的高純氧化鋁微粉。在耐火行業(yè)中常使用的是第一類和第二類氧化鋁微粉。在傳統(tǒng)澆注料中人們不太注意氧化鋁微粉中氧化鈉的含量，但氧化鋁中氧化鈉的含量對澆注料的性質(zhì)有較大影響。這不僅是因為Na2O增加低熔物的量，而且對泥漿的分散性產(chǎn)生影響，從而對澆注料的施工性能與凝結(jié)時間產(chǎn)生影響。有研究表明：由于氧化鈉溶解到溶液中從而使純鋁酸鈣水泥與氧化鋁微粉漿體(CA為55%，Al2O3微粉為45%，水質(zhì)比0.5，溫度20℃)水化的誘導(dǎo)期縮短，粉料的表面積隨Al2O3中Na2O含量增多而增加，對澆注料各項物理性能影響非常大。同時也對水化物的生成、凝結(jié)時間以及凝固后坯體的性質(zhì)與顯微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的影響。此外，Al2O3微粉的活性，例如其晶格的完整程度、表面特征等都可能對澆注料的施工特性產(chǎn)生一定的影響。
Al2O3微粉的尺寸大小及其分布對AM質(zhì)材料的性能影響巨大。其粒度直徑與表面積成反比，有較多的鈉以及其它離子溶入溶液中。同時Al2O3微粉粒度分布對材料填充性及堆積密度也有較大作用。通常，Al2O3微粉的粒度直徑分布分為單峰和多峰兩類。所謂單峰分布就是只存在1個峰值的粒徑分布曲線，即只存在1個眾數(shù)粒徑。而多峰分布是指在粒徑分布曲線上存在兩個及兩個以上的峰，即有兩個或眾多個的眾數(shù)粒徑。通常，呈多峰粒度大小分布的氧化鋁微粉的堆積密度較大，因為大顆粒形成的空隙更容易被較小的粒徑填充。相反，粒度直徑呈單峰分布的Al2O3微粉的緊密堆積程度相對比較小。同樣，用粒徑分布為多峰的氧化鋁微粉比用粒徑分布為單峰的更加容易使?jié)沧⒘汐@得較高的體積密度。同時單峰分布的粒徑，其分布較寬的Al2O3微粉填充性較好，其堆積密度也較高。表1中列出了幾種Al2O3微粉的成分與性質(zhì)。
細粉中的Al2O3可以為燒結(jié)剛玉、α-氧化鋁微粉、電熔剛玉和ρ-氧化鋁微粉等。剛玉成分主要為α-氧化鋁，具有以下特性：
①、電絕緣性、熱導(dǎo)性很好，抵抗還原劑的還原能力強，化學(xué)穩(wěn)定性很好;
②、屬于三方晶系，呈現(xiàn)較短的柱狀型晶型結(jié)構(gòu)，真密度大小為3.85～4.01g/cm3，硬度與熔點分別為9和2050℃;
③、是非常重要的人工制造的磨料，是較高級別的耐火原材料。
剛玉的制作原料是工業(yè)Al2O3或鋁土礦，制作工藝主要是經(jīng)過燒結(jié)或者電熔。剛玉根據(jù)制造過程的不同分為燒結(jié)剛玉和電熔剛玉兩類，按純度的差異分類有以下幾種：礬土基剛玉、鋯剛玉、白剛玉、鉻剛玉和棕剛玉等。白剛玉主要包括電熔普通剛玉、電熔致密剛玉、電熔低氣孔剛玉。選取板狀剛玉作為耐火澆注料中的骨料和粉料，已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，獲得了良好的使用效果。
從結(jié)構(gòu)形態(tài)看，Al2O3分為高溫α-Al2O3以及低溫γ-Al2O3，在α與γ之間有幾個中間體存在，常見的Al2O3存在形式有γ、σ、δ、χ、η、ρ、θ、α八種，再加上無定型Al2O3，Al2O3存在形式共有9種。人們一般對α-Al2O3研究的相對多，它的熔點較高，可達到2300℃,同時具有較大的硬度和沒有粘接性等特性。α-氧化鋁微粉通常在配方體系中含有一部分。α-氧化鋁微粉可以填充大、中、小顆粒的氣孔、調(diào)節(jié)施工性能的作用。更主要的是α-氧化鋁微粉具有較高活性，在加MgO細粉的AM質(zhì)澆注料中，在使用中容易和氧化鎂原位生成尖晶石。而澆注料若添加尖晶石，α-氧化鋁微粉更加容易固溶入尖晶石。值得關(guān)注的是，在富鎂和富鋁尖晶石材料的使用過程中，氧化鋁或者氧化鎂都可能固溶于尖晶石中，并帶來一定的體積效應(yīng)。這一過程對材料的顯微結(jié)構(gòu)、物相組成以及抗渣侵蝕都有一定影響。剛玉細粉的粒度、以及α-Al2O3微粉的加入量、粒度分布等都會對尖晶石的原位生成及固溶產(chǎn)生影響。
在AM澆注料中適當(dāng)?shù)奶砑应?氧化鋁微粉，使材料高、中、低溫耐壓強度得到極大提高，并使材料在溫度較高的條件下呈現(xiàn)高度的致密，從而顯著提高材料的抗渣侵蝕能力?；|(zhì)中尖晶石的生成速率和不同的Al2O3微粉粒徑大小之間的關(guān)系，當(dāng)Al2O3微粉粒徑較小時，加快了尖晶石形成速率，同時有效增強了材料中基質(zhì)部分的結(jié)構(gòu)，如果氧化鋁微粉粒度太過微小，新產(chǎn)生的尖晶石粒度容易出現(xiàn)過燒情況，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性脫落。因此,Al2O3微粉應(yīng)用于AM質(zhì)材料中其粒徑大小以4um為最佳。
在Al2O3存在的9種晶體形式，能夠在環(huán)境溫度下呈現(xiàn)自發(fā)水化性能的主要為ρ-氧化鋁，它的自發(fā)水化反應(yīng)過程如下：
ρ-Al2O3+H2O=Al(OH)3+AlOOH (1)
由上式看出，ρ-氧化鋁自發(fā)水化反應(yīng)生成的Al(OH)3、AlOOH，二者具有硬化和膠結(jié)的性能。ρ-氧化鋁在較高溫度條件下全部轉(zhuǎn)化為成α-氧化鋁，由于α-Al2O3具有優(yōu)良的高溫性能，所以以ρ-氧化鋁為結(jié)合劑的澆注料具有相當(dāng)好的自結(jié)合功能，ρ-氧化鋁具備優(yōu)良的結(jié)合性能，而其自身也是一種高級的耐火材料氧化物，不難看出ρ-氧化鋁具備較高的高溫使用性能。水泥結(jié)合與ρ-Al2O3結(jié)合的AM澆注料做對比，值得關(guān)注的是由于ρ-Al2O3結(jié)合的AM澆注料不含氧化鈣，沒有發(fā)生由于純鋁酸鈣水泥的存在而產(chǎn)生的不良影響，可提高澆注料的耐高溫性能，使材料具有優(yōu)良的抗侵蝕性、抗渣性以及抗熱震性。它具有相當(dāng)大的耐壓、抗折強度，使用溫度也大于1700℃，優(yōu)良的體積穩(wěn)定性以及良好的耐侵蝕等特點，在AM澆注料中加入量約為3%;水泥結(jié)合AM質(zhì)材料的常溫耐壓強度相對比較高，但由于含有氧化鈣，材料抗渣侵蝕/滲透性能與水泥的含量成反比。
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