板狀氧化鋁國內(nèi)也稱板狀剛玉,是一種純凈的、不添加如MgO、B2O3等任何添加劑而燒成收縮的燒結(jié)氧化鋁,具有結(jié)晶粗大、發(fā)育良好的α-Al2O3晶體結(jié)構(gòu)。由于其是在稍低于2035℃,接近于Al2O3熔點的溫度下燒結(jié),其中的Al2O3已轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆?alpha;-Al2O3。之所以稱之為“板狀氧化鋁”是因為這種材料是由中位徑40?200μm的六方板狀α-Al2O3晶體所組成。在快速燒結(jié)時,亞微米級的α-Al2O3結(jié)晶形成的粗大晶體中包含有閉口球狀氣孔,使板狀氧化鋁具有良好的加熱體積穩(wěn)定性和良好的抗熱震能力。
板狀氧化鋁做為大綜耐火骨料應(yīng)用始于五十年代中期,當(dāng)時開發(fā)出了新型耐火材料結(jié)合劑,如高純鋁酸鈣水泥以及磷酸鹽結(jié)合劑。這些結(jié)合劑的應(yīng)用使板狀氧化鋁耐火材料的抗侵蝕性和耐磨性大大提高。
1.板狀氧化鋁的特性
普通燒結(jié)氧化鋁一般是在回轉(zhuǎn)窯或隧道運中燒成的,由于受到溫度限制通常需加入少量的燒結(jié)促進(jìn)劑如MgO、CaO等促進(jìn)其致密。因此普通燒結(jié)氧化鋁的氣孔率較低,結(jié)晶細(xì)而致密,致使其抗熱震性較差。
而板狀氧化鋁是在1900℃以上的高溫下快速燒成且燒結(jié)的再結(jié)晶α-Al2O3,不含任何添加劑,其顯微結(jié)構(gòu)有下述特征:
①由發(fā)育良好的α-Al2O3晶體組成;
②α-Al2O3結(jié)晶粗大,中位徑多在40~200μm,其晶體二維形貌呈平板狀并互相穿插交錯;
③α-Al2O3晶體內(nèi)含許多5~15μm的圓形封閉氣孔;而開口氣孔則較少,一般2%~3%;
④由于的存在(0.16%左右),結(jié)構(gòu)中有β-Al2O3存在,但全都是生長在α-Al2O3晶體的晶界處。
由于扳狀氧化鋁的上述結(jié)構(gòu)特征,使其具有以下物理性能:
①熔點高,約2040℃;
②晶粒硬度大,莫氏硬度9,努譜硬度(Knoop)2000;
③耐化學(xué)侵蝕,除氫氟酸和磷酸外,大多數(shù)堿與礦物酸對板狀氧化鋁不起作用;
④由于其不存在顯微裂紋和大的內(nèi)部氣孔,其強度較高;同時,受熱沖擊時其強度下降不多,因而熱震穩(wěn)定性較好(見表1);
⑤高導(dǎo)熱性和高電阻率,在高頻與高溫下具有良好的電性能。
板狀氧化鋁的典型性能如表1所列,板狀氧化鋁多做耐火骨料使用,也有做為加入物進(jìn)入基質(zhì)的,與其它耐火原料配合將具有以下優(yōu)勢:高耐火度;熱負(fù)荷強度高;蠕變小;高密度;低透氣性;熱震穩(wěn)定性、耐磨性能好;熱收縮率低;純度高,減少雜質(zhì)對材料高溫性能的影響。
2.板狀氧化鋁在鋼鐵工業(yè)用耐火材料中的應(yīng)用
由于板狀氧化鋁的一系列恃性,使它成為一種理想的耐火原料,既可以作為骨料用于Al2O3-C、Al2O3-SiO2-C和Al2O3-Cr2O3等耐火材料中,也可以添加到其它高鋁質(zhì)不定型耐火材料中。磷酸鹽結(jié)合和鋁酸鈣水泥結(jié)合的板狀氧化鋁不定型耐火材料得到廣泛應(yīng)用。凡是電熔剛玉或白剛玉應(yīng)用的部位都可以用板狀氧化鋁替代,使耐火材料的性能得到改進(jìn)。
板狀氧化鋁在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用幾乎包括了從高爐、熱風(fēng)爐、混鐵爐、魚芾罐到轉(zhuǎn)爐、二次精煉爐、模鑄和連鑄的盛鋼桶、中間包以及均熱爐和加熱爐等所有用氧化鋁耐火材料的部位(表2)。
在陶瓷工業(yè)中,板狀氧化鋁用于窯具而使其性能得以明顯改善。如用于陶瓷輥棒可以改善其熱震穩(wěn)定性和抗變形能力;用于制造燒制火花塞、氧化鋁球等高溫陶瓷用的匣缽、棚板等,壽命有明顯提高。板狀氧化鋁還可以用作絕緣子,以及要求低氣孔、高強度和高純度的用于高溫反應(yīng)的催化劑載體等。