氧化鋁空心球磚是以工業(yè)氧化鋁為原料經(jīng)電弧爐高溫烙融、熔體經(jīng)壓縮空氣噴吹而制得的一種空心球狀物，經(jīng)模壓成型而成。以氧化鋁空心球及氧化鋁細粉為原料制成的高純氧化鋁空心球磚具有優(yōu)良的隔熱保溫性能及耐高溫性能，使用溫度可高達1800℃，氧化鋁空心球磚廣泛用于不直接接觸高溫熔體的高溫窯爐的工作襯，也可以用于高溫窯爐的保溫層材料。但是，氧化鋁空心球磚中由于骨料及基質(zhì)礦相組成均為剛玉相，熱膨脹率非常大，導(dǎo)致該產(chǎn)品的熱震穩(wěn)定性較差，大大影響了氧化鋁空心球磚的使用壽命，特別是在溫度波動非常大的環(huán)境中使用易發(fā)生開裂、剝落，使用壽命短，很難滿足高溫或非常高溫間歇式窯爐的使用要求。因此，我們研究開發(fā)了使用在1700攝氏度以下的莫來石結(jié)合氧化鋁空心球磚和使用于1800℃的高熱穩(wěn)定性氧化鋁空心球磚，以滿足不同使用條件高溫窯爐的需求，這符合國家節(jié)能減排政策，也利于低碳經(jīng)濟的發(fā)展方向。

低溫型（1700攝氏度）高熱震穩(wěn)定性隔熱制品氧化鋁空心球磚的試制

      普通的高純氧化鋁空心球磚由于氧化鋁空心球骨料顆粒呈球面，顆粒之間點結(jié)合，不能形成網(wǎng)絡(luò)交錯，相互鑲嵌的高度結(jié)構(gòu)，顆粒之間的結(jié)合力較差，再加上普通氧化鋁心球磚的基質(zhì)相是剛玉，導(dǎo)致該產(chǎn)品的熱震穩(wěn)定性較差，大大影響了氧化鋁空心球磚的使用壽命。通過研究及對進口氧化鋁空心球磚分析，認為在氧化鋁空心球磚中引入膨脹系數(shù)較小的第二相莫來石相可以有效地改善制品的熱震穩(wěn)定性，在基質(zhì)中引入氧化硅、三石、粘土等微粉來替代部分燒結(jié)氧化鋁微粉，使得基質(zhì)內(nèi)莫來石化，莫來石結(jié)合相的引入能大大提高了氧化鋁空心球磚的熱震穩(wěn)定性，但隨雜引入也降低了其較高使用溫度。

       原料對氧化鋁空心球磚的高溫使用性能影響很大，因此原料選擇上采用高純原料，盡量減少氧化鐵，二氧化鈦等含量，莫來石化試驗是選用含硅礦物細粉、氧化鋁細粉和適量礦化劑共混，加入紙漿作結(jié)合劑，氧化鋁空心球磚試制以氧化鋁空心球為骨料，含硅礦物和氧化鋁細粉的混合粉為基質(zhì)，加入適量結(jié)合劑混練，經(jīng)睏料后，在加壓振動成型機上成型230mmx114mmx65mm標型氧化鋁空心球磚。成型的磚坯經(jīng)干燥后在高溫梭式窯內(nèi)進行燒成。

      試驗結(jié)果可以反映出，配料中含硅礦物增加增加時，氧化鋯空心球磚中莫來石含量相應(yīng)增加，隨著氧化鋁空心球磚的熱震穩(wěn)定性迅速提高，但莫來石含量增加到27%以上時，氧化鋁空心球磚的熱震穩(wěn)定性不再增加，反而下降。由SEM顯微結(jié)構(gòu)可以看出，3#、4#的基質(zhì)部分結(jié)構(gòu)較相似，為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，氧化鋁空心球磚的主晶相為發(fā)育良好的柱狀莫來石晶體，柱狀莫來石晶體構(gòu)成了連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)骨架，氧化鋁空心球磚少量的玻璃相填充于柱狀莫來石晶體之間，基質(zhì)中殘余微量的剛玉相，基質(zhì)燒結(jié)良好，氧化鋁空心球磚中基質(zhì)莫來石網(wǎng)絡(luò)骨架中包含的氣孔多呈封閉形狀，氣孔直徑為20um以下，與板狀剛玉顆粒中氣孔結(jié)構(gòu)相似可以緩解熱應(yīng)力，對提高熱震穩(wěn)定性有非常好的效果。

      含硅的礦物加入較少時，對氧化鋁空心球磚的抗熱震穩(wěn)定性改善不大，當(dāng)加入量非常大時，空心球基質(zhì)中莫來石為主晶相，剛玉晶體很少，莫來石晶體發(fā)育良好，呈柱狀形態(tài)。柱狀莫來石晶體構(gòu)成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，氣孔成孤立狀態(tài)，氧化鋁空心球磚的抗熱震穩(wěn)定性大幅度提高。當(dāng)含硅礦物加入量繼續(xù)增加時，基質(zhì)中莫來石晶體雖然發(fā)育較好，但可能由于基質(zhì)過燒在基質(zhì)與空心球顆粒之間產(chǎn)生大的貫穿裂紋，使氧化鋁空心球磚強度降低，熱震穩(wěn)定性也隨之下降。因此，氧化鋁空心球磚中加入適量的合適種類的含硅礦物可顯著提高其熱震穩(wěn)定性。

高溫型（1800攝氏度）高熱震穩(wěn)定性隔熱制品氧化鋁空心球磚的試制

       采用3～0.2mm的氧化鋁空心球及鎂氧化鋁空心球為骨料，以燒結(jié)氧化鋁微粉和含氧化鎂的添加物為基質(zhì)，先將骨料混合均勻后，再加入結(jié)合劑及預(yù)先混合好的微粉進行混練，泥料經(jīng)睏置后在加壓振動成型機上用木模成型尺寸為230mm*114mm*65mm標型氧化鋁空心球磚。成型后的氧化鋁空心球磚坯自然放置12小時后進入干燥道進行干燥，干燥后的磚坯在高溫梭式窯內(nèi)燒成。普通高純氧化鋁空心球磚隔熱材料的基質(zhì)部分主要組成為剛玉，剛玉的熱膨脹系數(shù)非常大，這是導(dǎo)致氧化鋁空心球磚熱震穩(wěn)定性差的主要原因之一。通過引入熱膨脹系數(shù)較小的第二相來構(gòu)成復(fù)合材料，利用兩者之間膨脹系數(shù)失配造成的微裂紋，改善耐火材料抗熱沖擊性能，從而有效地提高氧化鋁空心球磚的抗熱震性。普通高溫氧化鋁空心球磚的基質(zhì)部分組成為燒結(jié)氧化鋁，而燒結(jié)氧化鋁的平均線膨脹系數(shù)非常大，從面導(dǎo)致該氧化鋁空心球磚熱震穩(wěn)定性差。通過在基質(zhì)中引入適量的氧化鎂，使氧化鋁空心球磚在燒成過程中原位反應(yīng)生成平均線膨脹系數(shù)較小的第二相——鎂鋁尖晶石來構(gòu)成復(fù)合材料，由于鎂鋁尖晶石的線膨脹系數(shù)小氧化鋁的線膨脹系數(shù)，兩者之間的膨脹系數(shù)失配會造成微裂紋，可有效地緩沖吸收溫度波動產(chǎn)生的熱應(yīng)力，從而提高氧化鋁空心球磚的抗熱震性。

       當(dāng)氧化鎂的含量超過一定數(shù)量時，氧化鎂的氧化鋁之間的膨脹反應(yīng)過快，氧化鋁空心球磚結(jié)構(gòu)的疏松對材料強度的直接破壞作用大于抗震熱時的貢獻作用，此時反而起到負面作用。因此，在氧化鋁空心球磚的基質(zhì)部分中加入適量的氧化鎂成份，形成一定量的鎂鋁尖晶石相，提高了氧化鋁空心球磚的抗熱震性。