摘要:本文簡單闡述了硅微粉的分類、應(yīng)用和性質(zhì)，分析了硅微粉在氧化鋁泡沫陶瓷中的作用及高溫反應(yīng)的結(jié)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(jīng)試驗分析，適量的硅微粉可促進氧化鋁泡沫陶瓷的燒結(jié)，提高制品的強度，而對氧化鋁漿料無不良影響。

關(guān)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(yè)技術(shù)的不斷進步，各種高技術(shù)陶瓷和耐火材料制品對微粉的質(zhì)量、品種提出了更高的要求。早期研究發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)普通耐火材料時，通過提高基質(zhì)中細粉的細度可促進制品的燒結(jié)，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(wěn)定、硬度大等優(yōu)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(lǐng)域[2]。隨著高技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，硅微粉亦將步入新的歷史發(fā)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(shù)的研究都集中在生產(chǎn)工藝和產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(yè)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(yè)副產(chǎn)品;

(6)表面經(jīng)硅烷偶聯(lián)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(yīng)用最廣的當屬硅灰(鐵合金廠及金屬硅廠的副產(chǎn)品)，由于硅灰的顏色是灰色，盡管其性能相對優(yōu)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(zhì)與應(yīng)用

不同制作工藝生產(chǎn)的硅微粉品質(zhì)也不同，按生產(chǎn)工藝可分為:結(jié)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(zhì)的硅微粉其應(yīng)用范圍也有所不同。

3.1 結(jié)晶硅微粉

結(jié)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(chǎn)加工而成，其色白、質(zhì)純。因其工藝成熟而具有穩(wěn)定的物理、化學特性及合理、可控的粒度分布。結(jié)晶硅微粉可分為高純度結(jié)晶硅微粉、電子級結(jié)晶硅微粉及一般填料級結(jié)晶硅微粉。結(jié)晶硅微粉應(yīng)用范圍較廣泛，如金屬鑄造、陶瓷、硅橡膠、涂料及化工行業(yè)等。

3.2 熔融硅微粉

熔融硅微粉是選用優(yōu)質(zhì)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(jié)構(gòu)排列由有序排列轉(zhuǎn)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(shù)、良好的電磁輻射性和耐化學腐蝕、穩(wěn)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(yīng)用于高端科技行業(yè)，如大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路用塑封料、環(huán)氧澆注料及其它化工領(lǐng)域。

3.3 方石英硅微粉

方石英硅微粉是選用優(yōu)質(zhì)天然石英，經(jīng)過高溫煅燒后獲得的高純度硅石，經(jīng)快速冷卻改變其晶體結(jié)構(gòu)，再粉碎制得，其主晶相為方石英。由于其穩(wěn)定的化學性質(zhì)，合理有序、可控的粒度分布而被廣泛應(yīng)用于陶瓷釉料、橡膠填料等行業(yè)。

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(tǒng)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(yè)。

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(chǎn)品性能和降低生產(chǎn)成本的目的。生產(chǎn)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(jié)，與氧化鋁微粉反應(yīng)在較低溫度便可生成莫來石晶相。據(jù)文獻報道，平均粒徑在20μm以下的硅微粉與Al2O3微粉反應(yīng)，在700℃便可生成莫來石晶相，1200℃可形成穩(wěn)定的莫來石晶相[4]。硅微粉白度高則生產(chǎn)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(jié)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(yīng)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(chǎn)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(jié)產(chǎn)品不夠致密。從產(chǎn)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(yōu)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(wěn)定莫來石晶相的燒結(jié)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(jié)溫度。

5結(jié) 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(chǎn)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(xiàn)在高溫燒結(jié)過程中，根據(jù)目前的理論及實際試驗結(jié)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(jié)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(chǎn)生莫來石晶相，彌散到制品中，從而改善制品性能。

參考文獻

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[3] 張嫦，李暉，秦必武等.硅微粉粒度測定中的分散性探討[J].

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