淺談硅微粉在氧化鋁泡沫陶瓷中的作用

摘要:本文簡單闡述了硅微粉的分類、應用和性質，分析了硅微粉在氧化鋁泡沫陶瓷中的作用及高溫反應的結合機理，同時研究了硅微粉對氧化鋁泡沫陶瓷漿料性能和制品性能的影響。經試驗分析，適量的硅微粉可促進氧化鋁泡沫陶瓷的燒結，提高制品的強度，而對氧化鋁漿料無不良影響。

關鍵詞:硅微粉;氧化鋁;泡沫陶瓷;作用

1前 言

隨著陶瓷及耐火材料工業技術的不斷進步，各種高技術陶瓷和耐火材料制品對微粉的質量、品種提出了更高的要求。早期研究發現，在生產普通耐火材料時，通過提高基質中細粉的細度可促進制品的燒結，并能改善制品的性能[1]。硅微粉作為使用廣泛的一種微粉原料，由于它具有耐溫性好、耐酸堿腐蝕、粒度分布可控、高絕緣、低膨脹、化學性能穩定、硬度大等優良性能，被廣泛用于特種陶瓷、化工、電子、塑料、高級油漆、橡膠、國防等領域[2]。隨著高技術領域的迅猛發展，硅微粉亦將步入新的歷史發展時期。

氧化鋁泡沫陶瓷主要是由氧化鋁細粉、高嶺土、鉀長石、硅微粉等原料制作而成，隨著氧化鋁泡沫陶瓷使用越來越廣泛，人們對其研究也越來越多。但大多數的研究都集中在生產工藝和產品性能上，對其使用的原料性能研究比較少。作為氧化鋁泡沫陶瓷生產使用較多的一種添加輔助料之一，硅微粉的加入起著改善氧化鋁泡沫陶瓷制品性能的微妙作用。

2硅微粉的分類

硅微粉是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料，主要成分為SiO2，由于制作工藝的不同，硅微粉的主晶相也有所不同。硅微粉是微粉的一種，而微粉的分類有很多，目前較普遍的分類為微粉、超微粉、極微粒子三種[3]，一般應用于陶瓷和耐火材料中的微粉的粒徑大多在0.1～10μm之間，而陶瓷和耐火材料工業所用SiO2微粉主要是微米級。

硅微粉按其制作方法可分為以下幾類:

(1) 硅灰:或稱冷凝硅灰，由鐵合金廠氣相沉淀而形成;

(2)粉石英:天然礦物;

(3)粉碎機磨制的SiO2微粉;

(4)填料用白炭黑;

(5)電子工業副產品;

(6)表面經硅烷偶聯化處理的活性SiO2微粉;

(7)熔融石英微粉。

一般所用的硅微粉中二氧化硅成分含量大于98%，其中性能最佳、應用最廣的當屬硅灰(鐵合金廠及金屬硅廠的副產品)，由于硅灰的顏色是灰色，盡管其性能相對優越，但氧化鋁泡沫陶瓷中很少采用，而在碳化硅泡沫陶瓷中則使用較多。

3硅微粉的性質與應用

不同制作工藝生產的硅微粉品質也不同，按生產工藝可分為:結晶硅微粉、熔融硅微粉、方石英硅微粉和活性硅微粉四種，不同品質的硅微粉其應用范圍也有所不同。

3.1 結晶硅微粉

結晶硅微粉是利用高品位的天然石英，通過獨特的無鐵研磨工藝生產加工而成，其色白、質純。因其工藝成熟而具有穩定的物理、化學特性及合理、可控的粒度分布。結晶硅微粉可分為高純度結晶硅微粉、電子級結晶硅微粉及一般填料級結晶硅微粉。結晶硅微粉應用范圍較廣泛，如金屬鑄造、陶瓷、硅橡膠、涂料及化工行業等。

3.2 熔融硅微粉

熔融硅微粉是選用優質的天然石英，通過獨特處理工藝加工而形成的粉末，通過高溫處理，其分子結構排列由有序排列轉為無序排列。其色白、純度較高并具有以下特性:極低的線膨脹系數、良好的電磁輻射性和耐化學腐蝕、穩定的化學特性;合理有序且可控的粒度分布。熔融硅微粉一般應用于高端科技行業，如大規模及超大規模集成電路用塑封料、環氧澆注料及其它化工領域。

3.3 方石英硅微粉

方石英硅微粉是選用優質天然石英，經過高溫煅燒后獲得的高純度硅石，經快速冷卻改變其晶體結構，再粉碎制得，其主晶相為方石英。由于其穩定的化學性質，合理有序、可控的粒度分布而被廣泛應用于陶瓷釉料、橡膠填料等行業。

3.4 活性硅微粉

活性硅微粉通過其獨特的工藝，采用硅烷等材料對硅微粉顆粒表面進行改性處理，增強了硅微粉的憎水性能，提高了混合料及填充系統的機械、電子和化學特性，因而活性硅微粉被廣泛用于電子、國防科技等行業。

4硅微粉在氧化鋁泡沫陶瓷中的作用

硅微粉作為少量添加劑(加入量為1%～10%)加入到氧化鋁泡沫陶瓷中，起到改善產品性能和降低生產成本的目的。生產過程中，一般希望采用的硅微粉粒徑越細越好、粒度分布越窄越好、白度越高越好。硅微粉的粒徑越細，越有利于泡沫陶瓷的燒結，與氧化鋁微粉反應在較低溫度便可生成莫來石晶相。據文獻報道，平均粒徑在20μm以下的硅微粉與Al2O3微粉反應，在700℃便可生成莫來石晶相，1200℃可形成穩定的莫來石晶相[4]。硅微粉白度高則生產出的氧化鋁泡沫陶瓷顏色好、色差小。

4.1 硅微粉對氧化鋁泡沫陶瓷漿料性能的影響

氧化鋁泡沫陶瓷的漿料性能直接影響著海綿掛漿的效果，從而對制品的燒結程度與強度、通孔率、體積密度等性能影響很大[5]。硅微粉由于堆積密度小，如果加入太多，將影響漿料的性能。因此應控制加入量，并細化粒度，將其較好地融入漿料中并分散均勻，一般采用的硅微粉粒徑為1000～2000目。

4.2 硅微粉對氧化鋁泡沫陶瓷產品性能的影響

硅微粉中的游離二氧化硅在高溫下與分散氧化鋁微粉作用，生成一定量的莫來石晶體，有利于氧化鋁泡沫陶瓷機械強度的提高。但硅微粉加入量不宜過多(不超過10%)，否則因硅微粉堆積密度小而影響漿料掛漿性能，并且還可能因堆積不緊密而導致燒結產品不夠致密。從產品性能來看，過多的莫來石晶體反而會使氧化鋁泡沫陶瓷強度下降，硬度也變差。因為莫來石晶體本身的性能并沒有氧化鋁晶體的性能優越，而少量的莫來石晶體彌散在氧化鋁晶體中，則可以起到增強增韌作用，達到改善氧化鋁泡沫陶瓷性能的作用。由于形成穩定莫來石晶相的燒結溫度約為1200℃，所以一般配料中還加入長石、滑石等助熔添加劑，形成多元共熔體以降低莫來石的形成溫度及氧化鋁的燒結溫度。

5結 論

通過加入硅微粉，氧化鋁泡沫陶瓷的性能得到了一定的改善，生產成本也有所降低。由于加入量小，且顆粒細度大，硅微粉對泡沫陶瓷漿料性能的影響很小。硅微粉對制品性能的影響，主要體現在高溫燒結過程中，根據目前的理論及實際試驗結果，筆者認為硅微粉對氧化鋁泡沫陶瓷的作用有三點:一是通過填隙減少氣孔;二是在較低溫度下與氧化鋁微粉結合較好，封閉部分貫通氣孔，從而使制品致密化;三是在高溫過程中產生莫來石晶相，彌散到制品中，從而改善制品性能。

參考文獻

[1] 牟善彬.陶瓷原料超細粉顆粒的分散與粒度分析[J].佛山陶

瓷，2002，(01)

[2] 盧英常，張躍英.硅微粉的用途及生成技術[J].中國非金屬

礦工業導刊，2009，(04):40-43.

[3] 張嫦，李暉，秦必武等.硅微粉粒度測定中的分散性探討[J].

西南民族大學學報，2008，01.

[4] 李曉明.微粉與新型耐火材料[M].北京:冶金工業出版社，

1997:49-56.

[5] 曾令可，王慧，羅明華等.多孔功能陶瓷制備與應用[M].北京:

化學工業出版社，2006:22-24.