板状刚玉的特性以及在冶金耐火材料中的应用

板状氧化铝国内也称板状刚玉，是一种纯净的、不添加如MgO、B2O3等任何添加剂而烧成收缩的烧结氧化铝，具有结晶粗大、发育良好的α-Al2O3晶体结构。由于其是在稍低于2035℃，接近于Al2O3熔点的温度下烧结，其中的Al2O3已转变为刚玉α-Al2O3。之所以称之为“板状氧化铝”是因为这种材料是由中位径40〜200μm的六方板状α-Al2O3晶体所组成。在快速烧结时，亚微米级的α-Al2O3结晶形成的粗大晶体中包含有闭口球状气孔，使板状氧化铝具有良好的加热体积稳定性和良好的抗热震能力。

 

 

板状氧化铝做为大综耐火骨料应用始于五十年代中期，当时开发出了新型耐火材料结合剂，如高纯铝酸钙水泥以及磷酸盐结合剂。这些结合剂的应用使板状氧化铝耐火材料的抗侵蚀性和耐磨性大大提高。

1.板状氧化铝的特性

 

普通烧结氧化铝一般是在回转窑或隧道运中烧成的，由于受到温度限制通常需加入少量的烧结促进剂如MgO、CaO等促进其致密。因此普通烧结氧化铝的气孔率较低，结晶细而致密，致使其抗热震性较差。

 

而板状氧化铝是在1900℃以上的高温下快速烧成且烧结的再结晶α-Al2O3，不含任何添加剂，其显微结构有下述特征：

①由发育良好的α-Al2O3晶体组成;

②α-Al2O3结晶粗大，中位径多在40~200μm,其晶体二维形貌呈平板状并互相穿插交错;

③α-Al2O3晶体内含许多5~15μm的圆形封闭气孔;而开口气孔则较少，一般2%~3%;

④由于的存在(0.16%左右)，结构中有β-Al2O3存在,但全都是生长在α-Al2O3晶体的晶界处。

由于扳状氧化铝的上述结构特征，使其具有以下物理性能：

①熔点高，约2040℃;

②晶粒硬度大，莫氏硬度9，努谱硬度(Knoop)2000;

③耐化学侵蚀，除氢氟酸和磷酸外，大多数碱与矿物酸对板状氧化铝不起作用;

④由于其不存在显微裂纹和大的内部气孔，其强度较高;同时，受热冲击时其强度下降不多，因而热震稳定性较好(见表1);

⑤高导热性和高电阻率，在高频与高温下具有良好的电性能。

 

板状氧化铝的典型性能如表1所列，板状氧化铝多做耐火骨料使用，也有做为加入物进入基质的，与其它耐火原料配合将具有以下优势：高耐火度;热负荷强度高;蠕变小;高密度;低透气性;热震稳定性、耐磨性能好;热收缩率低;纯度高，减少杂质对材料高温性能的影响。

 

2.板状氧化铝在钢铁工业用耐火材料中的应用

 

由于板状氧化铝的一系列恃性，使它成为一种理想的耐火原料，既可以作为骨料用于Al2O3-C、Al2O3-SiO2-C和Al2O3-Cr2O3等耐火材料中，也可以添加到其它高铝质不定型耐火材料中。磷酸盐结合和铝酸钙水泥结合的板状氧化铝不定型耐火材料得到广泛应用。凡是电熔刚玉或白刚玉应用的部位都可以用板状氧化铝替代，使耐火材料的性能得到改进。

 

板状氧化铝在钢铁工业中的应用几乎包括了从高炉、热风炉、混铁炉、鱼芾罐到转炉、二次精炼炉、模铸和连铸的盛钢桶、中间包以及均热炉和加热炉等所有用氧化铝耐火材料的部位(表2)。

在陶瓷工业中，板状氧化铝用于窑具而使其性能得以明显改善。如用于陶瓷辊棒可以改善其热震稳定性和抗变形能力;用于制造烧制火花塞、氧化铝球等高温陶瓷用的匣钵、棚板等，寿命有明显提高。板状氧化铝还可以用作绝缘子，以及要求低气孔、高强度和高纯度的用于高温反应的催化剂载体等。