耐火材料测试和性能——半堇青石砖和窑具

半堇青石砖和窑具

半堇青石砖是一种以堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）为主要成分的耐火材料。纯堇青石含有13.7%的氧化镁（MgO），具有以下特点：

（1）热膨胀系数低，为3×10^-6/℃。由于热膨胀系数低，堇青石材料通常具有优异的抗热震性。

纯堇青石是一种昂贵的材料，因此通常使用纯度较低的半堇青石材料作为替代品。

半堇青石材料也表现出较低的热膨胀系数。

半堇青石材料经常用作陶瓷窑的窑具、窑车固定块和陶瓷部件。在某些情况下，氧化铝-硅酸盐（alumino-silicate）材料也用于相同的产品应用。表7列出了一些用于窑具/窑块的半堇青石产品的特性。这些产品的最高使用温度通常为1200℃或更高。

表7中显示了氧化镁含量与热膨胀系数之间的关系。当氧化镁含量很低时，热膨胀系数接近于粘土砖或莫来石的热膨胀系数[约6×10^-6/℃]。图5和图6显示了此类典型产品的微观结构。

图5 挤压成叶腊石的半堇青石显微结构

图6 粘土质半粘土压制砖的显微结构

半堇青石材料的微观结构呈现出“裂缝形”孔隙，这是挤压粘土产品的典型特征（图5）。从该显微照片中无法明显看出叶腊石聚合颗粒的尺寸很大，有时接近3至4毫米。与此相反，压制半堇青石材料的显微结构显示，耐火骨料颗粒被烧结粘土基体包围，孔隙主要呈圆形（图6）。许多权威人士认为，细圆孔的存在提高了抗热震性。因此，氧化镁含量约为0.9%的压制产品（表7）可能与氧化镁含量为3.0%的挤压产品具有相似的性能。

半堇青砖中的典型杂质是方英石，当耐火材料在至少1300℃的温度下进行焙烧时，原料中的“游离”二氧化硅（SiO2）或石英（quartz）转化为方石英。通过参考MgO-Al2O3-SiO2相平衡图（未显示），可以看出游离方英石是一种平衡相，除非产品的成分与纯堇青石完全相同。过高的方英石含量会导致“结块”，并降低窑具/窑块的寿命。采用X射线衍射（XRD）或热分析（TA）技术可方便地测定方英石。

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