莫來石剛玉制品強度高、抗熱震性好、抗侵蝕能力強、高溫體積穩(wěn)定性好，而輕質(zhì)莫來石剛玉材料具有多孔或纖維狀結(jié)構(gòu)，通常導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫和吸聲效果好，被廣泛用作鋼鐵、化工等行業(yè)窯爐的保溫層和建筑行業(yè)耐火保溫層及隔音層。
采用高鋁礬土和冶金硅灰作原料，聚苯乙烯球作造孔劑，利用凝膠注模工藝制備出高強輕質(zhì)莫來石-剛玉制品，主要探究料漿的最佳PH值和分散劑用量，測定了1550℃燒結(jié)樣品的強度、氣孔率、熱導(dǎo)率、物相組成和微觀結(jié)構(gòu)，制備出的莫來石-剛玉材料體密0.37g/cm3，氣孔率87.37%，強度高達2.17MPa，熱導(dǎo)率僅為0.22W（m·k）。
本次采用的主要原料為高鋁礬土（Al2O3 94.55%，D50=44um)、硅灰（SiO2 92.32%）和聚苯乙烯球（粒度＜3mm）。結(jié)合劑采用聚丙烯酰胺凝膠體系溶液，分散劑選用檸檬酸三銨，采用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)漿料PH值。
將75%的高鋁礬土和25%硅灰（質(zhì)量分數(shù)，下同）混合均勻，加入分散劑及部分結(jié)合劑制成的預(yù)混液，攪拌1h制成料漿，再用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)料漿的PH值。加入造孔劑及剩余結(jié)合劑，攪拌0.5h，制成注模用懸浮體。注入模具，自然凝固12h，脫模后在80℃下干燥12h，于1550℃保溫5h燒結(jié)，即得到制品。
實驗中粘度用NDJ-8S數(shù)字粘度儀測量，PH值用pHs-25數(shù)顯示酸度計測量。
圖1 pH值對料漿流變性的影響
料漿的性能測定
不同溫度下pH值對粘度的影響如圖1所示。在30、40、50、60℃4個溫度下，粘度均隨PH值增大而減小。并隨著pH值的增大，粘度減小幅度有減緩的趨勢。當(dāng)PH值為9左右時，粘度趨于穩(wěn)定，變化不大。根據(jù)膠體化學(xué)，調(diào)節(jié)PH值遠離等電位點，Zeta電位絕對值大，排斥能力增大，有利于顆粒在液相中分散，因而粘度小。但隨著PH值進一步增大，由于懸浮體中引入了較多的OH-，增加了懸浮體中電解質(zhì)的濃度，壓縮了雙電層，導(dǎo)致電位降低，易引起顆粒團聚而沉降。為了有效控制制備工藝，本實驗選定最佳PH=9。
分散劑含量對料漿粘度的影響
分散劑用量對料漿粘度的影響如圖2所示。分散劑加入量較少時，顆粒表面吸附的陰離子團較少，表面電荷密度較低，粒子間排斥力較小，因而料漿流動性較差，粒度較大，隨著分散劑用量的增加，顆粒表面吸附的陰離子團增多，表面電荷密度升高，顆粒間靜電排斥力也相應(yīng)增加，同時，加入的分散劑增多，使空間位阻作用增大，料漿的流動性明顯改善，粘度顯著降低。由圖2可以看出，當(dāng)分散劑加入量達到0.33%時，料漿的粘度最低，此時的流動性最佳。
圖2 分散劑加入量對懸浮體流變性的影響
當(dāng)分散劑用量進一步增加，粘度反而增加，料漿的流動性變差。這是由于分散劑過量時，過剩的分散劑分子填充于顆粒間，空間位阻增大使料漿粘度反而增大，而且分散劑的過量加入，會使料漿中的離子強度升高，壓迫雙電層使之厚度減小，電位也隨著降低，膠體間靜電斥力減小，導(dǎo)致料漿粘度增加。因此，加入0.33%的分散劑，料漿粘度最小，易于注模。
同時可以看出，在堿性條件下（料漿PH=9），30、40℃時分散劑對料漿粘度的影響較大，而50，60℃時分散劑對料漿粘度的影響較小，曲線較為平緩，表明高溫下由于聚合作用的發(fā)生，分散劑的作用明顯減小。
球料對制品性能的影響
表1是不同球料比（聚苯乙烯球的體積與粉料質(zhì)量之比，mL·g-1）下所得到的制品的性能。
表1 制品的性能
球料比對制品體積密度的影響
從表1可以看出，造孔劑聚苯乙烯球加入量對燒結(jié)后制品密度有顯著的影響。隨造孔劑加入量增加，材料的體積密度減小，氣孔率增大。當(dāng)球料比為1:1時，體積為0.885g/cm3，氣孔率為69.5%；當(dāng)球料比為4:1時，體密為0.367g/cm3，氣孔率為87.37%。
結(jié)論
（1）高鋁礬土和硅灰的聚丙烯酰胺凝膠體系料漿最佳ph值為9，最佳分散劑用量為0.33%，這時料漿具有良好的流動性。
（2）制備出最小體積密度僅為0.37g/cm3的保溫材料，氣孔率高達87.37%，熱導(dǎo)率僅為0.22W/(m·K)，強度高達2.17MPa。
（3）制備出的輕質(zhì)莫來石-剛玉制品材料主晶相為莫來石，并含有少量剛玉相，氣孔分布均勻，孔壁薄而完整并分布有封閉小氣孔，保障材料具有低密度、高強度、低熱導(dǎo)率等特點，綜合性能優(yōu)良。