耐火原料的合成

    ⑴ 傳統(tǒng)耐火原料的合成
    合成耐火原料事以兩種或兩種以上的天然原料或工業(yè)原料，經(jīng)過細(xì)磨、均化和高溫處理（燒結(jié)或熔融）形成預(yù)期的礦物相。合成原料可按使用目的人為的控制其化學(xué)組成和礦物組成，具有優(yōu)于天然原料的多種性能。自然界中存在但不具開采價(jià)值而又十分重要的耐火原料也可以通過人工合成而得到。
    合成耐火原料的工藝中配料、均化與高溫處理特別重要。合成原料不可避免的有雜質(zhì)存在，因而其實(shí)際成分和性能都低于理論值。為了得到性能良好的合成原料，配料時(shí)一般都偏離其理論組成點(diǎn)，如合成堇青石時(shí)通常將AL₂O₃提高到38％以上；合成鋁鎂尖晶石時(shí)，通常將MgO提高到32％以上或?qū)L₂O₃提高到77％以上而形成富鎂尖晶石或富鋁尖晶石。
    均化對(duì)燒結(jié)合成耐火原料尤其重要。要想得到物相均勻的合成原料，應(yīng)把所使用的天然原料、工業(yè)原料和添加物嚴(yán)格計(jì)量，充分混合細(xì)磨，使其組分高度均勻的分散。濕法混磨工藝能較大限度的保證合成原料的質(zhì)量。
    物料配料后經(jīng)高溫處理才能形成預(yù)期的礦物。常用的有高溫?zé)Y(jié)法與熔融法（電熔法）。燒結(jié)法合成原料實(shí)際上是配合料在高溫下的反應(yīng)燒結(jié)，它的過程易于控制，常用的燒結(jié)設(shè)備有倒焰室、梭式室、豎窯、回轉(zhuǎn)窯及隧道窯。電熔法較燒結(jié)法工藝過程簡(jiǎn)化，熔化溫度高，合成的原料純度較高且晶體發(fā)育良好，因此某些性能比燒結(jié)法好，它是未來十分有發(fā)展前途的耐火原料合成方法。
    ⑵ 高技術(shù)耐火原料粉體的合成
    現(xiàn)代高技術(shù)耐火材料已成為高技術(shù)陶瓷的一部分。當(dāng)物質(zhì)到一定程度下，它表現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料不同的奇異性能。要獲得高技術(shù)的耐火材料，應(yīng)該采用高純、超細(xì)，組分均勻和少團(tuán)聚或軟團(tuán)聚的均一球型粒子活性粉末。同時(shí)將這些耐火原料粉體添加到傳統(tǒng)的耐火材料中，對(duì)其燒結(jié)性能、微觀結(jié)構(gòu)和使用性能都會(huì)產(chǎn)生重要影響。高技術(shù)耐火原料粉體的合成以及其對(duì)傳統(tǒng)耐火材料性能的影響是現(xiàn)在和將來耐火材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。粉體可細(xì)分為粉粒體、微粉體和超微粉體，并可進(jìn)一步細(xì)分。常用的粉體粒徑劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1－5

粉體分類		粒徑范圍d/μm
粉粒體		d>100
微粉體		5＜d＜100
	微粒	1＜d≤5
	微粉	0.1＜d≤1
超微粉體	超微粉	0.02＜d≤0.1
	超微細(xì)粉	0.01＜d≤0.02
	納米晶	d≤0.01（10nm）

    用于制備1μm以下耐火原料超細(xì)粉末的方法有固相法、液相法與氣相法。其基本原理如表1－6所列。固相法工藝簡(jiǎn)單，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，采用此法可使成本大大降低，如莫來石微粉的合成，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)，但達(dá)到超純高細(xì)尚有困難?？紤]到操作條件和原料來源、生產(chǎn)成本等，液相法是合成高純超細(xì)粉體較理想的方法，尤其是溶膠－凝膠法是溫室左右的一系列化學(xué)反應(yīng)，易于實(shí)現(xiàn)與控制，原料基本上都是醇鹽，純度較高。該方法具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外普遍重視與應(yīng)用。氣相法的優(yōu)點(diǎn)是生成粉料不需要進(jìn)行粉碎，顆粒分散性好，純度高，特別適合于制備氮化物、碳化物與硼化物。

合成方法		基本原理
固相法		將金屬氧化物或其他鹽按照配方充分混合，研磨后進(jìn)行煅燒，通過固相反應(yīng)來制備
液相法（原料在液體中均勻的分散、混合，然后通過反應(yīng)或其他方式由溶液中的離子、分子或原子合成固體微粒并加以分離、收集）	沉淀法	利用生成沉淀的液相反應(yīng)通過加熱分解來制取
	水解法	將金屬醇鹽或金屬鹽加水后直接分離制備所需要的粉體
	溶膠--凝膠法	將金屬氧化物或氫氧化物濃的溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，再將凝膠干燥后煅燒成粉體
	溶劑蒸發(fā)法	將金屬鹽混合溶液化成很小的液滴，然后迅速脫除其中的溶劑水，使金屬鹽析出為所需的粉末
	水熱反應(yīng)法	將金屬鹽通過高溫、高壓反應(yīng)來制取粉本
氣相法	蒸發(fā)凝聚法	將金屬或其氧化物、碳化物等原料用電阻爐、高頻感應(yīng)爐。電弧或等離子體加熱氣化，然后急驟冷卻使之凝結(jié)為微粉粒
	氣相反應(yīng)法	利用電弧、化學(xué)燃燒等離子體以及激光等使金屬鹽或金屬化合物形成蒸汽，通過其化學(xué)反應(yīng)生成所需的粉末

    目前應(yīng)用較多的耐火原料粉體由SiO₂、Si₃N₄、SiC、ZrO₂、和Al₂O₃。Si₃N₄和SiC高溫強(qiáng)度大、抗熱沖擊，抗氧化，是理想的高溫工程材料；加入部分穩(wěn)定劑（Y₂O₃,CaO，MgO）后Z rO₂材料強(qiáng)度與韌性極高；Al₂O₃是用量較大的材料，可做為耐磨耐高溫的機(jī)械部件。耐火材料的性質(zhì)取決于其性質(zhì)，它是評(píng)價(jià)耐火原料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也是選擇耐火原料的依據(jù)。
    耐火原料的性質(zhì)一般包括化學(xué)礦務(wù)組成、物理性質(zhì)、公益性質(zhì)及熱學(xué)性質(zhì)等，如表1－7中所列。

性質(zhì)種類	性質(zhì)舉例
化學(xué)礦物組成	化學(xué)組成即化學(xué)成分，礦物組成是原料中含有的礦相
物理性質(zhì)	氣孔率，吸水率，體積密度，真密度，硬度等
工藝性質(zhì)	密度與顆粒尺寸分布，細(xì)度與比表面積，可塑性與結(jié)合性，干燥收縮，燒成收縮，燒結(jié)溫度及范圍
熱學(xué)性質(zhì)	熔點(diǎn)，耐火度，導(dǎo)熱性，熱膨脹性