40 年以來(lái)，板狀剛玉已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、鑄造、石化和陶瓷用高性能耐火材料。板狀剛玉因其高的耐火度、優(yōu)異的抗熱震性、抗蠕變性和耐磨性，而成為主導(dǎo)的合成高純氧化鋁骨料。盡管耐火材料的整體消耗量急劇下降，尤其是在鋼鐵制造上的應(yīng)用，但是板狀剛玉的使用不僅相對(duì)增長(zhǎng)了，而且是絕對(duì)增長(zhǎng)了。連鑄的引入，不定形耐火材料比例的穩(wěn)定增加，以及優(yōu)質(zhì)鋼的猛烈趨勢(shì)都是板狀剛玉基耐火材料發(fā)展的動(dòng)力。本文的目的是描述板狀剛玉的典型性能，與其他合成高鋁骨料相比結(jié)果怎樣，以及它的典型應(yīng)用。也會(huì)介紹板狀剛玉與尖晶石和無(wú)鈣結(jié)合劑共同使用的最新進(jìn)展。
2 性能
板狀剛玉是致密的、完全收縮的、燒結(jié)的α-al2o3，由 50-400μm 的晶粒構(gòu)成骨料結(jié)構(gòu)。板狀剛玉因其晶粒形狀像板子而得名。在稍低于熔融溫度下快速煅燒超細(xì)α-al2o3 料球制備板狀剛玉。熱處理后，破碎或碾磨 18-20mm 的料球得到各種尺寸的板狀剛玉，見(jiàn)表 1a。
表 1a 常見(jiàn)的板狀剛玉尺寸
表 1b 總結(jié)了板狀剛玉的性能。看它的化學(xué)組分，高純是很重要的，典型的氧化鋁含量大于 99.4%。氧化鋁有粗顆粒，也有小至-325 目（等于公制的-44μm）的細(xì)粉。板狀剛玉的主要雜質(zhì)是氧化鈉，典型值是0.2-0.4%。
對(duì)于優(yōu)異的高溫性能來(lái)說(shuō)，剛玉中氧化硅、氧化鐵和氧化鈦的低含量是非常重要的。溶酸鐵的超低含量（典型值是小于 0.002%）對(duì)于磷酸鹽結(jié)合耐火材料是非常重要的。對(duì)比燒結(jié)板狀剛玉和其他合成高鋁骨料，例如電熔白剛玉，發(fā)現(xiàn)最大的差別在于具有較細(xì)尺寸的雜質(zhì)含量。這會(huì)引起巨大的性能差異，尤其是高溫性能。較高的雜質(zhì)含量以較細(xì)的尺寸引入，會(huì)大大降低高溫體積穩(wěn)定性和抗蠕變性。
對(duì)比電熔白剛玉和板狀剛玉的氣孔率，能看到巨大的差異。盡管兩種骨料的總氣孔率一樣，但晶粒氣孔有顯著差別。
電熔晶粒的開(kāi)口氣孔率是燒結(jié)晶粒的 2-3 倍。電熔氧化鋁的大部分氣孔由大的開(kāi)口氣孔構(gòu)成，而板狀剛玉有超過(guò)一半的氣孔是閉口氣孔。高比例的閉口氣孔對(duì)于高的抗熱震性是很必要的，這是板狀剛玉的典型特征。圖 1 和圖 2 是熱震試驗(yàn)結(jié)果，挑選尺寸為 5mm，接近等軸的 300 個(gè)晶粒來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。300 個(gè)晶粒等分為三份，分別在 20℃和 1300℃之間進(jìn)行熱循環(huán) 10 次、20 次和 30 次，記錄未破壞的顆粒數(shù)。從未破壞顆粒中選擇 30 個(gè)，測(cè)量耐壓強(qiáng)度。從這個(gè)試驗(yàn)觀察到了燒結(jié)剛玉和電熔剛玉之間的很有意思的差別。板狀剛玉表現(xiàn)出高的抗熱震性和高的強(qiáng)度。掃描電鏡照片顯示板狀剛玉晶粒表面不像電熔剛玉晶粒的表面那樣光滑，比較粗糙，有淺的半球形氣孔。這種表面結(jié)構(gòu)促進(jìn)了它與基質(zhì)的反應(yīng)和機(jī)械互鎖，從而提高了耐火材料的強(qiáng)度。
低的開(kāi)口氣孔率和 2-3 倍高的閉氣孔率；
高的顆粒堆積密度，3.55-3.6g/cm3；
高熔點(diǎn)＞2000℃；化學(xué)惰性；好的抗熱震性；
優(yōu)異的體積穩(wěn)定性；
3 板狀剛玉的主要應(yīng)用領(lǐng)域
上述的板狀剛玉的性能在耐火材料領(lǐng)域的有許多應(yīng)用。主要應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)。板狀剛玉是高鋁磚和不定形襯的含 90-100%氧化鋁的理想材料。表 3 列出了板狀剛玉的主要應(yīng)用領(lǐng)域。板狀剛玉適用于陶瓷、化學(xué)和水結(jié)合基質(zhì)。板狀剛玉可以單獨(dú)和結(jié)合系統(tǒng)使用，也可以和煅燒和/或活性氧化鋁一起使用。因?yàn)榘鍫顒傆瘢词故羌?xì)粉，也表現(xiàn)出極高的純度，所以它可以用來(lái)提高較低氧化鋁骨料的性能，例如鋁礬土和電熔棕剛玉，使用這些骨料的粗顆粒和板狀剛玉的中顆粒和細(xì)粉。前面已經(jīng)提到過(guò)，板狀剛玉消耗的增加主要來(lái)自于鋼鐵的連鑄。尤其對(duì)于滑板、浸漬管和水口，使用板狀剛玉是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
日本已經(jīng)發(fā)現(xiàn)向水泥結(jié)合板狀剛玉耐火材料中加入 20-30%的富鋁尖晶石能顯著提高抗渣侵蝕性。因?yàn)楦讳X尖晶石在全球非常普遍[4]，這一概念引起了板狀剛玉更多新的應(yīng)用。尤其是鋼包的不定形襯促使了板狀剛玉在未來(lái)的使用。最近發(fā)表的文獻(xiàn)[5]表明，尖晶石能把水泥結(jié)合的水泥板狀剛玉澆注料在 1500℃ 下的熱態(tài)抗折強(qiáng)度提高到 22 n/mm2。要注意到很重要的一點(diǎn)，即使使用 15%的水泥也沒(méi)有降低高溫性能。考慮到水泥含量較低的澆注料的高溫抗折強(qiáng)度會(huì)降低一個(gè)量級(jí)，不能看出這些發(fā)現(xiàn)會(huì)對(duì)未來(lái)的耐火材料技術(shù)產(chǎn)生很大的影響。可能能使用一些澆注料，它的水泥含量較高且熱態(tài)性能高于超低水泥澆注料，還沒(méi)有 ulcc 已知的可重復(fù)性的缺點(diǎn)。有趣的是在尖晶石板狀剛玉澆注料中加入 2%的硅微粉就能使 1500℃下的熱態(tài)抗折強(qiáng)度降低到 1 n/mm2 以下。
因?yàn)樗嘟Y(jié)合氧化鋁系統(tǒng)在富二氧化硅的渣環(huán)境下有一些局限性，所以開(kāi)發(fā)了純氧化鋁基結(jié)合劑的alphabond 系統(tǒng)。主要化學(xué)組分是氧化鋁，含有雜質(zhì) cao（0.1%）、sio2（0.2%）、na2o（0.5%）和水（≤9）。它可以像普通的鋁酸鈣水泥來(lái)對(duì)待。這個(gè)系統(tǒng)可以單獨(dú)使用，也可以和硅微粉一起使用。表 4 是 alphabond 結(jié)合的澆注料和相似的水泥結(jié)合澆注料的性能的對(duì)比。
