耐火材料的成型工藝

更新時(shí)間：2024-09-11 點(diǎn)擊次數(shù)：2345次

一、半干法壓制

半干法壓制過程中，松散的物料沒有足夠的水分，必須施以較大的壓力，借助于壓力的作用坯料顆粒重新分布，在機(jī)械結(jié)合力、靜電引力以及摩擦力的作用下，坯料顆粒緊密結(jié)合，發(fā)生彈性形變和脆性形變，空氣排出，坯料顆粒結(jié)合成具有一定尺寸及形狀和一定強(qiáng)度的制品。以上各種力的作用程度，取決于顆粒形狀、坯料物理—化學(xué)性質(zhì)以及顆粒表面狀態(tài)。形狀復(fù)雜的顆粒，機(jī)械結(jié)合力起主要作用，形狀簡單的顆粒，摩擦力及靜電引起主要作用。在其它工藝條件相同時(shí)的一定范圍內(nèi)，壓制時(shí)壓力增加，坯體的氣孔率下降，密度增大，強(qiáng)度隨之提高。耐火材料的坯料和磚坯，都是由固體物質(zhì)、水(或其它狀態(tài)的結(jié)合劑)和空氣組成的三相系統(tǒng)，在整個(gè)壓制過程中，因相和液相量沒有改變，而坯料中空氣的數(shù)量被壓縮和減少，被壓縮的坯料容積亦相應(yīng)減少。

二、注漿成型法

使用粉狀原料，選擇適當(dāng)?shù)慕饽z劑（反絮凝劑）使其均勻地懸浮在溶液中，調(diào)成泥漿，澆注到有吸水性的模莫型（一般為石膏模）中吸去水分，按模型形狀形成坯體，此法稱注漿成型法。對(duì)于不與水化合的材質(zhì)，一般均以水為懸浮液，泥漿水分含量高達(dá) 35~45%;對(duì)于某些易與水化合的材料，如CaO、MgO等可用有機(jī)物作為懸浮液，如無水酒精。此法適用于生產(chǎn)薄壁壁中空制品，如熱電偶套管，高溫爐管以及坩堝等。各種氧化物制品，從小件到大件的生產(chǎn)，均已采用此法。對(duì)于薄壁中空制品，一般采用空心澆注方式，向模型中注入泥漿，經(jīng)過一定時(shí)間后，原料吸附到模型壁上，待吸到規(guī)定的厚度時(shí)，將內(nèi)部的泥漿排出，干燥到適當(dāng)程度再脫模，石膏模可以反復(fù)使用。所用泥漿應(yīng)具有較好的流動(dòng)性，密度一般在1.65~1.80g/cm2之間。厚胎大件制品的澆注，宜用實(shí)心澆注方式。所用泥漿調(diào)度要大，密度一般要在1.8g/cm3以上。濃稠的泥漿因有觸變現(xiàn)象，在澆注前應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌，使其呈現(xiàn)流動(dòng)性，澆注后靜置一段時(shí)間即可團(tuán)結(jié)，所以，使用的石膏模并不需要很高的吸水性。

三、可塑成型法

可塑法所用坯料的水分，一般在16%以上，將預(yù)制好的坯料投入擠泥機(jī)中，擠成泥條，然后切割，再按需要的尺寸制成荒坯，將荒坯用壓機(jī)制，使坯體具有規(guī)定的尺寸和形狀。坯料的含水量與不同的原料及制品有關(guān)，對(duì)可塑性粘土物料，水分可適當(dāng)降低，以10~15%為好。擠泥機(jī)的臨界壓力與坯料的含水量有關(guān)。可塑成型法多用來制備大型制品，根據(jù)成型操作的不同，可用手工成型，半機(jī)械(如夾板錘)或機(jī)壓成型。隨著耐火工藝技術(shù)的改進(jìn)和成型機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，可塑成型方法在耐火材料工業(yè)上的應(yīng)用有減少的趨勢。

四、振動(dòng)成型

物料在每分鐘3000次左右頻率的振動(dòng)下，坯料質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，動(dòng)摩擦代替了質(zhì)點(diǎn)間的靜摩擦，坯料變成具有流動(dòng)性的顆粒。由于得到振動(dòng)輸入的能量，顆粒在坯料內(nèi)部具有三度空間的活動(dòng)能力，使顆粒能夠密集并填充于模型的各個(gè)角落而將空氣排擠出去，因此，甚至在很小的壓力下也能得到較高密度的制品。在成型多種制品時(shí)，振動(dòng)成型能夠有效地代替重型的高壓壓磚機(jī)，如曲柄杠桿壓磚機(jī)和水壓機(jī)能夠成型那些需要手工成型或搗打成型的復(fù)雜的異型和巨型大磚，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。振動(dòng)成型也適于成型密度相差懸殊的物料和成型易碎的脆性物料。由于成型時(shí)物料顆粒不被破壞，所以適于成型易水化的物料，如焦油白云石、焦油鎂砂料等。

五、熱壓成型

由燒結(jié)法制造的耐火制品，需要很長的煅燒時(shí)間，而氣孔率仍然高達(dá) 10~25%；用燒結(jié)法制備陶瓷材料及制品，即使在理想狀態(tài)下，也仍然存在3~5%的真氣孔率，非氧化物陶瓷材料，如碳化物、氮化物等氣孔率就更大。制造非常致密的制品比較困難，這是因?yàn)樵跓Y(jié)過程中，氣孔中的氣壓增大，抵消了作為推動(dòng)力的界面能的作用，另一方面，封閉的氣孔中，只能通過晶體內(nèi)部物質(zhì)擴(kuò)散來充填，但內(nèi)部擴(kuò)散比界面擴(kuò)散慢得多。若使燒結(jié)過程進(jìn)行到最后階段，使制品達(dá)到理想的致密狀態(tài)，有以下兩種方法:一種是采用真空燒結(jié)法，避免在氣孔中聚集氣體：另一種是燒結(jié)時(shí)施以壓力，以保證足夠的推動(dòng)力，后者稱為熱壓成型。和普通燒結(jié)法相比，熱壓法的優(yōu)點(diǎn)在于可獲得致密度很高的特殊制品，其密度值幾乎可達(dá)理論值。調(diào)節(jié)熱壓條件，能控制晶粒生成，以及在高溫下熱壓，有助于顆粒之間的接觸和擴(kuò)散，從而降低（與普通燒結(jié)法相比）燒結(jié)溫度。

六、熱壓注成型（熱壓注漿）

熱壓注是注漿法之一，是一種較新的生產(chǎn)陶瓷制品和特種耐火材料的方法。熱壓注法一般以有機(jī)結(jié)合劑作為分散介質(zhì)，以硅酸鹽礦物粉末為分散相，在一定溫度（70~85℃）下，配制成料漿，然后在金屬模型中成型制品，這種方法適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜，具有特殊要求的小件制品，還適用于生產(chǎn)可整性小的材料，如高鋁料的成型。其半成品機(jī)械強(qiáng)度高，可用機(jī)床車削及鉆孔加工；可以省掉石膏模型、干燥工序，設(shè)備簡單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

七、電熔注法

將耐火原料在電弧爐中熔融，然后將熔體澆注到耐火鑄模內(nèi)鑄造成型。因?yàn)榱黧w的流動(dòng)性要好，一般澆注溫度須在1900~2000℃。鑄造物在凝固程中生成穩(wěn)定的晶相，同時(shí)形成細(xì)致的結(jié)晶組織。澆注后，要將鑄口除掉，經(jīng)過幾天的緩冷，以防止冷卻時(shí)出現(xiàn)裂紋，鑄塊最后經(jīng)過表面加工便成為制品。采用這種方法成型的制品，目前主要是電熔鋯莫來石磚和鉻剛玉磚，以及融石英磚等。它主要用來砌筑玻璃池窯的爐底。生產(chǎn)再結(jié)合磚的原料，大多亦用此法生產(chǎn)。

八、等靜壓成型

等靜壓成型是后來發(fā)展起來的新成型技術(shù)。這種方法主要是應(yīng)用巴斯卡原理，對(duì)液體加壓，通過橡皮膜將其壓力均勻地傳給粉料，故具有以下特點(diǎn)。

成型性

加壓無方向性，可以得到密度均勻的坯體，不會(huì)出現(xiàn)其它機(jī)械壓制時(shí)的層密度現(xiàn)象。容易壓成形狀復(fù)雜的制品。

燒結(jié)性

由于坯體密度均勻，燒成時(shí)收縮無方向性，故不致于因密度差產(chǎn)生應(yīng)力而出現(xiàn)燒成裂紋。由于高密度，相對(duì)降低了燒成溫度。主要設(shè)備由高壓容器和高壓泵組成。成型時(shí)，將粉狀物料裝在橡皮膜或塑料膜內(nèi)，置于厚鋼壁的超高壓容器中，由高壓泵注入高壓液體。工作壓力一般為343MPa以上。這種方法，開始只成型小型制品，目前已發(fā)展到壓制大型制品。