摘要：本文以高铝矾土微粉为主要原料，磷酸溶液为粘接剂，制备了核壳结构高铝耐火砖，并测定了其体积密度、显气孔率、常温强度及热振稳定性等性能。结果表明：随着显气孔率的增加，砖体的体积密度、抗折耐压强度逐渐减小，所制备砖体热震性能稳定、热导率低，具有良好的市场前景。

不定型耐火材料是由耐火粒状、粉状料与结合剂按一定比例混合制备而成，不经成型、烧成等工序可直接使用。其中粒状料称骨料，粉状料称掺合料，常通过加入适量外加剂改进材料性质。不定型耐火材料按工艺可分为浇注料、可塑料、捣打料、喷射料、耐火水泥等，已被广泛应用于冶金炼铁、炼钢、机械、筑炉等领域。高铝质耐火砖作为一类典型的不定型耐火材料产品，具有成分均匀，工艺简单、隔热保温、轻质抗渣、耐火度高等特点，常作为工业窑炉内衬使用。本文以高铝矾土微粉为主要原料，磷酸溶液为粘结剂，聚苯乙烯泡沫滤珠为造孔剂，经过成型、干燥、烧结等工艺制备了核壳结构高铝耐火砖，并系统研究了试样体积密度、常温抗折耐压、抗热震性等性能。

1实验

(1)原料。

本实验的原料主要有高铝矾土微粉(平均粒径D0.5=18.μm)，磷酸溶液(有效含量50%，质量分数)，聚苯乙烯泡沫滤珠(粒径为0.5-5mm)。其中，高铝矾土微粉的化学组成如表1所示。

表1高铝矾土微粉的化学成分(wt%)

(2)样品制备。

将高铝矾土微粉、磷酸溶液按一定比例混合制成浆料，充分搅拌后困料12h。外加入一定比例的聚苯乙烯泡沫滤球并不断搅拌(见表2)，以使浆料均匀包裹在滤球表面。将混合后的物料倒入mm*40mm*40mm的模具中进行振动成型后，试样经室温养护、℃烘干后，在℃进行烧制，并保温2h，随炉自然冷却至室温，得到核壳结构高铝耐火砖。

表2不同配比高铝耐火砖体试样(wt%)

(3)性能测试。

用D8—ADVANCE型X射线衍射仪(XRD)确定试样物相；通过阿基米德法测定试样的气孔率；分别按照《GB/T-耐火材料常温抗折强度试验方法》和《GB/T-耐火材料常温耐压强度试验方法》测试耐火材料常温抗折耐压强度；采用《GB/T-耐火材料抗热震性试验方法》测试材料热震稳定性。

2结果与讨论

(1)物相分析。

图1为高铝矾土微粉℃煅烧前后的XRD衍射图谱。从图1中可以看出，粉料中主要物相为刚玉相，少量为莫来石和石英相。通过半定量分析可以得出煅烧前后各相的质量分数，如表3所示。经℃煅烧后，高铝矾土微粉中刚玉相和石英相的含量略微增加，而莫来石相相对减少。石英相作为耐火制品中的熔剂矿物，在高温条件下充填于砖体孔隙中，促进烧结，能够有效提高砖体的力学强度、耐高温性和持久使用性。

表3高铝矾土微粉煅烧前后各物相含量(wt%)

图1高铝矾土微粉℃煅烧前后XRD衍射图谱

(2)体积密度及显气孔率。

图2为核壳结构高铝耐火砖的体积密度及显气孔率。从结果可知，试样的显气孔率随聚苯乙烯泡沫滤球掺入量的增加逐渐增大，而体积密度则随之减小。这是因为试样在升温时，被浆料浸渍后的聚苯乙烯泡沫滤球逐渐收缩、燃尽，在内部形成孔隙;覆着在泡沫滤球表面的浆料颗粒随温度升高逐渐脱水，粘结成一定形状的固体，保留在内部空隙中，形成核壳结构。当加入的聚苯乙烯泡沫滤球量增加时，核壳结构就会越多，砖体中孔隙总体积增大，显气孔率增加;在试样体积相当时，体积密度随显气孔率增加而下降。

图2体积密度与显气孔率的关系曲线

(3)常温耐压抗折强度。

图3为试样在常温条件下耐压抗折强度曲线。由此可知，随着显气孔率的增大，试样常温耐压抗折强度呈现降低的趋势。研究发现，耐火材料在受挤压破坏时，主要发生脆性断裂，这种断裂源于裂纹的扩展，而不是位错的滑移。若材料中含有大量气孔时，直接受力截面积较致密体大大降低，承受的局部应力会更大。材料中孔隙越多，内部形成的微裂纹就会越多，由于应力集中会逐渐扩展。当达到极限应力时，裂纹便会贯穿而使得材料发生脆性断裂。

(4)热震稳定性。

本实验制备的所有试样显气孔率均大于45%，故选取试样1进行热震稳定性测试。将试样快速升温到℃后，取出置于空气中冷却，并准确称取质量。经循环25次后质量损失率小于0.3%(见图4)，热导率约为0.W/(m·K)，且砖体结构保持完好，无明显裂纹，抗热震稳定性良好。核壳结构高铝质耐火砖通过致密隔

图3试样耐压抗折强度

图4核壳结构高铝耐火砖热震稳定性

热薄层与火焰接触，充分利用其致密耐火的特点形成隔热层；利用球形空隙内叠套的疏松的耐火固态颗粒，有效减少热射线的传输的平均自由程，使大部分热量能够保留在核壳结构中，降低热导率，起到保温效果。

3结论

(1)核壳结构高铝耐火砖体体积密度、常温抗折耐压强度随着显气孔率的增加而不断减小。

(2)核壳结构高铝耐火砖热震稳定性好，热导率较低，是具有市场前景的新型结构耐火炉衬材料。

邓志华，范羽宣，王嘉旺，李婷婷，赵旭光