我国耐火材料行业规模不断扩大,高铝耐火砖生产厂家数量不断增加。高铝耐火砖的生产过程比较复杂,因为容易受到原材料、添加剂、温度、气体等外部环境的影响。
原料对烧结料的影响分为内外两个方面。内部因素是物料的结晶化学性质,外因主要由原料颗粒组成。材料晶格能量是影响材料烧结与再结晶难易的一个重要参数。格子能量大、结构稳定、温度低、可移动性低、烧结困难。晶型也是一个重要影响因素,材料阳离子极性低,所形成的化合物晶体结构较为稳定,须在接近熔点的温度下才能出现明显缺陷,因此这种化合物质点的移动性小,不易烧结。Al2O3, MgO在耐火材料中晶格能量高,极性低,所以不易烧结。
由于多晶内部包含很多晶界,这是消除缺陷的主要场所,因此,它也可以作为原子和离子扩散的快速通道,由微晶构成的多晶多晶容易烧结。在离子晶烧结过程中,正负离子均发生扩散,从而实现了材料的烧结。在烧结过程中,扩散速率较低的一个离子的扩散速率决定了烧结速度。对Al2O3、Fe2O3的实验研究表明,O2-通过晶界提供的通道迅速扩散,使Al3+、Fe3+的扩散速度比氧离子慢,成为烧结过程控速的一个步骤。
结晶速率是影响烧结的又一晶体化学性质。比如烧结时, MgO晶体生长非常迅速,可以生长到原来晶粒的1000~1500倍,但密度只有60%~80%。Al2O3则不然,其晶粒长大只有50~100倍,但可以达到理论密度的90%~95%,基本达到完全烧结。为了提高 MgO材料的密度,应采取抑制晶粒生长的措施。
物料粒度也是影响烧结致密化的一个重要因素,无论是固相烧结还是液相烧结,细粒都增加了烧结推动力,缩短了颗粒在液相中的扩散距离和提高颗粒的溶解度,从而加快烧结过程的进程,据报道, MgO的初始粒度在20μ m以上时,即使在1400℃长时间保温,仅能达到相对密度的70%,但不能进一步进一步致密化;当粒径在20μ m以下时,温度为1400℃或粒径为1μ m以下,在1000℃以上,烧结速率迅速迅速;粒径在0.1μ m以下,烧结速度与热压烧结速度相差不大。在防二次结晶方面,若微细粉末中存在较少的大颗粒,则容易产生晶粒异常长大,不进行烧结。通常氧化剂材料适用于粉体尺寸0.05~0.5μ m。初始粉料粒径不同,烧结机理有时会发生变化。如 AIN的烧结,当颗粒尺寸在0.78~4.4微米之间时,粗颗粒按照体积扩散机制烧结,而细颗粒则是按照晶界扩散或表面扩散机制烧结。