1、第七章 無機非金屬材料固化工藝固化工藝的作用及意義是提高產品性能，到達質量標準要求，含枯燥脫水、分解、相變、 共熔、熔融、溶解、結晶、相的凝固、剩余玻璃、燒結等一系列復雜的物理化學反響。固化可分為加結合劑固化及變溫固化二大類。 結合劑是一種將礦物材料膠結成型并進一步凝結固化的粘結材料。結合劑的使用能保證各 種材料集合體能粘結成型，保證材料產品具有所要求的強度和功能性能。粘結劑一般可分為無機粘結劑和有機粘結劑及復合粘結劑三類。選擇使用時應考慮：是否符 合制品性能的要求，保證制品質量，來源盡可能廣泛，本錢低，使用方便。第一節 無機結合劑一、無機膠凝材料無機膠凝劑分水硬性及氣硬性膠凝材料二大類一常見

2、的種類1、硅酸鹽水泥 水硬性材料原料種類，熟料成分，配料要求及調整：C3S+C2S 75%硅酸鹽礦物影響水泥強度和質量C3A+C4AF疋25% 溶煤礦物一促進 C3S、C2S形成鋁酸鹽水泥高鋁水泥 、粉煤灰水泥、礦渣水泥、白色水泥、特種水泥等。 礦物組成 CA、 CA2、 C12A 7鈣英長石 C2AS、 C4AF。 在常溫下，高溫下均可作為粘結劑，在耐火材料中應用廣泛。 要加速或延緩高鋁水泥硬化和改善作業性能，需用各種添加劑。2 、 石灰3、石膏氣硬性膠凝材料4、含水氯鎂鹽膠凝體，鎂質膠凝材料是指苛性苦土 MgO 和苛性白云石，苛性苦土 由碳酸鎂加工，苛性白云石由白云石加工。由蛇紋石可生產鎂

3、質膠凝材料，其它還有海水，冶 煉鎂合金的熔渣。菱鎂礦、白云石的煅燒細磨而得到鎂質膠凝材料。 氯鎂礦在氧化鎂漿體中的作用：以氯化鎂溶液代替水作用MgO 的調和劑，可以提高鎂質膠凝材料的性能。當滿足4< MgO/MgCI < 6時可形成水化物 Mg 30H5C1 4H20，此時該水化物是穩定的，但 超出這個范圍都會伴隨著硬化的進行而發生相的轉變，而這種轉變將導致結構網的破壞和強度 降低。鎂質膠凝材料的硬化強度來源：結晶結構網多孔多相結構 抗水性差，因為氯鹽吸濕性大結晶接觸點的溶解度高結晶結構網的破壞改善：摻入少量的磷酸或磷酸鹽改氯鹽為硫酸鎂，鐵釩。二無機膠凝材料水化物 1水化硅酸鈣膠凝

4、性很強，強度高，水中溶解小。 2水化鋁酸鈣易溶于水，強度低。 3水化硫鋁酸鈣針狀大結晶體，不溶于水，強度很多。 4氫氧化鈣、碳酸鈣片狀晶體，易溶于水。 5含水硫酸鈣易溶于水。 6含水氯鎂鹽易溶于水。三無機膠凝材料的水化反響 水化反響的概念：水化反響是物質在一定條件下與水分子所起的化學作用，即物質從無水 狀態轉變為含結合水狀態、生成水化產物的化學反響。無機膠凝材料中新生礦物的穩定性很低 原子排列的有序程度降低 ，與水接觸 水化時， 其 CaO 鍵鍵能增加顯著， 且趨向穩定。 這說明水化反響是膠凝材料從脫水后的不穩定狀態向 重新吸水轉化為穩定狀態的動力學過程。水化反響的重要作用：CaO+H2O C

5、a0H2C2H4 乙烯CH2+H2OTCH3CH2OH 乙醇水泥的水化反響如下：C2S、C3S與水反響生成水化硅酸鈣類 C S H 并析出氫氧化鈣，成為水泥砂漿和混凝 土及其制品強度的根底。C3A 和 C4AF 在水的作用下與二水石膏和氫氧化鈣反響，分別生成水化硫鋁酸鈣類物質， 對水泥凝結起調節作用，且填充硬化水泥漿體的孔隙，增進水泥制品強度。粉煤灰、煤渣和粒化高爐礦渣的作用： 其主要含活性二氧化硅，活性三氧化二鋁，在水存在的條件下與氫氧化鈣發生水化反響， 生成水化硅酸鈣類、水化鋁酸鈣類，從而成為以各種廢渣為主要原料的硅酸鹽制品的強度重要 根底。消石灰的反響：CaO 2+CO CaCO+HO消

6、石灰與砂中所含的二氧化硅緩慢結合成為水化硅酸鈣，使石灰砂漿產生強度。 水泥與其它材料水化反響的區別： 硅酸鹽水泥的水化是依靠熟料中的組成礦物，迅速生成水化硅酸鈣凝膠類水化生成物，使 水化砂漿或混凝土在短期內獲得高強度。 煤灰、二氧化硅、硅藻土、三氧化二鋁等是依靠摻合石灰或石膏，在水存在的條件下發 生水化反響而產生強度。而在高壓下水蒸汽及高溫條件下養護，那么水化反響更趨完善，從而可 制得高強度材料。 灰砂制品， 硅酸鈣板， 微孔硅酸鈣， 石棉水泥板及其它纖維增強無機復合材料正是基于 上述理論根底的。二、無機膠結材料膠凝材料與膠結材料的區別：膠凝膠結凝固，膠結材料本身是否會凝固。1、硅酸鈉又稱水玻

7、璃或泡花堿，分子式N&0nSQ2或N&0nSQ2 XH2O。有液體和粉末狀兩種。硅酸鈉含水量的多少影響其常溫下的流動性(粘度)及被粘結的礦物材料的性能。 優點：粘結性優良，價格廉價，無毒，加熱時不臭，常用于耐火材料，保溫絕熱材料及建 筑材料。缺點：堿性強，密度大，常溫下硬化緩慢(應加促硬劑) 。 硬化劑：氟硅酸鈉、聚氯酸鋁、氯化鋁、磷酸鈉等。2、磷酸鈉及磷酸鹽 二者可用于不燒磚和不定形耐火材料、絕熱材料。HPO正磷酸、也最穩定，可直接用作結合劑。 磷酸具有反響性H+,與氧化物能形成膠結。MgO+bPQ t Mg(HP0)+H2O生產不燒制品要求 40%-45%的勺低濃度和1.

8、251.29g/cm3密度的磷酸。正磷酸加熱后熔化，脫水(100-200 °C)升華(3000C)形成焦磷酸和偏磷酸，此反響是 可逆的。 磷酸鋁 由磷酸與氫氧化鋁反響而制得。之是一種高溫粘結劑，受熱固化。為加速其常溫硬化，可適量增加促硬劑。常用于酸性耐火材料及絕熱材料的結合劑。 聚合磷酸鈉 是堿性耐火材料常用的結合劑。用第一磷酸鈉(NaHPQ)加熱縮合成聚磷酸鈉(NaPO) n,才能使結合體獲得較高的強度。 或將NaHPQ同堿土金屬氧化物(MgO等制成混合料，那么在常溫下即可反響，生成Mg(HPQ)2,枯燥后將形成 MgHPO之具有較高的粘結性，使混合料快速硬化。MgHPO再加熱(5

9、000C)時，分別縮合成聚磷酸鎂 Mg(PO3)2n和(MgzPzQ)，其結合強度進一 步提高。3、硫酸鋁 硫酸鋁受水解后,生成凝膠體而凝結硬化,反響為：Al2(SO4)3+2H2OtAl2(SO4)2(OH)+H2SO4 Al2(SO4)2(OH)2+2H2OtAl2(SO4)(OH) 4+H2SO4 Al2(SO4)(OH)4+2H2Ot2Al(OH) 3+H2SO44、聚合氯化鋁 之用作搗打料、澆注料及塑性料的結合劑。用促凝劑(MgO白云石，硅酸鎂、磯土水泥和固體水玻璃等)不提高聚合氯化鋁的結合效果。5、硅膠 硅膠硅酸溶液的膠體溶液。 主要用于高耐火度的含材料作結合劑。它的顆粒尺寸越細粒

10、度約為7卩m,SiO2 25% , 一般凝結時間越短，25天凝結。6、a -Al 2Q由三水鋁石Al 2Q 3fO在減壓條件下低溫脫水如 400Pa以下600 ° C制得。 具有復水性，a -AlAl2Q 3fO+Al2Q1-2H 2O。成為勃姆石凝膠。a -Al 2O主要作為耐火澆注料的有效粘結劑。7、粘土與超微細粉結合劑主要用于陶瓷及高溫耐火材料的澆注材料。如用高鋁水泥，SiO2, AI2Q, CrQ等0.1卩m以下的超微細粉與集料混合后，生產混合澆注料。第二節 有機粘結劑一、傳統的有機結合劑1 、亞硫酸紙漿廢液用作結合劑可以提高磚坯或制品的強度， 提高料坯的可塑性及成型密度，

11、降低泥料的內摩擦 力。一般使用酸性紙漿廢液。2、瀝青類粘結劑煤焦油瀝青煤油別離之后的殘渣，用于耐火材料及碳石墨、碳纖維制品。 石油瀝青煉制石油的副產品。瀝青軟化點與其組分有直接關系，其中 a樹脂甲苯不溶物或游離碳含量高，其軟化點 也越高，粘結性降低。瀝青粘度與溫度成反比，與 B樹脂含量成正比，參加添加劑可降低粘度甲苯、煤油、油 酸等。瀝青結合劑在應用時，在被結合物料的顆粒之間被碳化，形成顆粒間的結合碳，產生牢固 的碳結合。結合劑揮發損失越少，碳化率越高，結合性越好。碳化率大小與瀝青的組成，苯及甲苯不溶物含量，升溫速度，環境壓力等相關。添加改性 劑，可以提高碳化率。瀝青結合劑優缺點： 優點：不含

12、水，不浸水，殘碳高，適于作含鈣材料的結合劑與其它溶劑，配合使用，可以 冷態成型。缺點：呈固體，150°c以上才呈流動性較好的液體狀，故須熱混煉、成型，生產工藝復雜， 污染環境，毒害人體。瀝青與樹脂混合使用，能提高高溫抗折強度。二、樹脂1、熱固性樹脂 熱固性樹脂是具有加熱固化特性的一類樹脂。 原料是處于固化狀態，在加工中通過催化劑或其它固化劑，使其完全固化，但需熱量以引 發化學反響。熱量可以來自加熱器，加壓燈光，也可來自固化和樹脂的反響熱或固化劑與樹脂催化劑的 反響。化學交聯，由液態樹脂轉變成硬而脆的固體物質。一旦固化完畢，熱固性樹脂優成為不可熔融的物質，具有脆性，可與增強纖維復合后，

13、制 成變強度的復合材料。1環氧樹脂 是一類含有一個或二個以上環氧基的混合物。 使用環氧樹脂作基體制造復合材料時，都要使用催化劑，催化劑能自身聚合，起到固化劑 的作用。聚合物在低溫下成玻璃態，在高溫下呈橡膠態。樹脂固化過程中可以參加各種添加劑以改善固化后的根本性能。包括：參加稀釋劑能降 低固化前的濃度， 以便于操作和浸潤 通常稀釋劑會降低工作溫度 。參加增塑劑 或軟化劑 能降低彈性模量，增加斷裂伸長率。橡膠增韌劑是從反響的基體中析出的橡膠態微粒，它能 防止或減少基體中裂紋的擴展。 參加惰性填充物， 能改變材料密度、 本錢和基體的有效模量。環氧樹脂的優點： 能為特殊用途提供最正確性能。 由于環氧分

14、子中具有羥基、 醚基和環 氧基等到極性基團，與材料外表浸潤性好，故粘結力強。能控制斷裂韌性。無揮發物，收 縮率低。抗化學性好，熱穩定性好，并具有高的膠結強度。環氧樹脂的缺點：本錢高。由于固化速度慢和粘度大，故使用不方便。對某些有機 材料如有機酸和酚的抗腐蝕性能和高溫性能差。性脆。環氧樹脂的用途：絕緣材料，力學工程材料，施工材料，高強結構材料。 2聚酯樹脂是由二元酸與二元醇或二元酚的混合物縮合而成。優點：初始粘度低，易浸潤增強體；本錢低，原材料易獲得；易于操作及改變固化 條件；對特殊用途易于施工與操作；有良好的環境耐久性。缺點：固化過程升溫高，收縮率大， 導致產生加工應力， 從而使纖維/基體間的

15、膠接度較 差；假設體系具有足夠的剪切強度，那么變得較脆；耐堿蝕性差。 3酚醛樹脂是由酚類苯酚或甲酚和甲醛縮合，發生聚合反響而制得。酚醛樹脂的優點： 具有良好的電絕緣性能，化學穩定性好，機械強度高。酚醛樹脂的缺點： 聚合物反響期間需要施加高壓，并要加熱； 顏色差由棕褐色到黑 色；由于空隙含量高， 復合材料的力學性能比其它復合材料差些， 例如產品沖擊強度差； 制品硬度較高，易造成噪音及打滑現象。酚醛樹脂的用途： 酚醛樹脂的改善途徑，主要是采用一些有機化合物使其連結在苯酚環上，從結構上形成具 有較大塑性的支鏈，從而改變樹脂性能。如：聚乙烯醇 -酚醛樹脂；松香改性酚醛樹脂；桐油改性酚醛樹脂，腰果殼油改

16、性酚醛樹脂；三聚氰胺-腰果油改性樹脂；橡膠-酚醛樹脂共混改性、磷酸酯阻燃劑改性酚醛樹脂等。生產耐火材料及碳石墨制品，使用酚醛樹脂比使用瀝青粘結劑更強，燒結后強度大，能在 較低溫度下產生硬化，有害物質少。殘碳量是復合材料結合劑性能要求的指標之一，隨成分的變化而變化，而且影響材料的高 溫性能，殘碳率愈高，高溫性能越好。殘碳率=碳化率-未被揮發而產生牢固的碳結合。幾種熱固性樹脂的性能見表 7-1。表7- 1常用熱固性樹脂性能樹 脂 種 類密度3(kg/m )彈性模量2GN/m抗拉強度2MN/m壓縮強度2Mn/m 泊松比彎曲強度2MN/m環氧樹脂1100-14003-635-100-100-130聚酯

17、樹脂1200-15002-4.540-9092-19060-120酚醛樹脂1300-132040-8588-11078-120有機硅樹脂1700-190020-4564-130-692、熱塑性樹脂與熱固性樹脂不同，熱塑性樹脂的分子間沒有交聯交聯導致了高分子鍵三維網絡的緊密 結合，機械性能取決于組成網絡的分子單元和交聯的長度與密度，強度和剛度來源于單體鍵所固有的性質及其高分子量。熱塑性塑料中存在著高度集中的分子纏結一纏結起著類似交聯的作用，加熱時，分子間纏 結解脫，便以剛性固體變為粘性液體一這就是熱塑性樹脂受熱熔化的根本原理。熱塑性樹脂用作復合材料粘結劑，主要應用于低溫常溫下工作環境。種類：聚乙

18、烯PE;聚氯乙烯PVC；聚乙烯醇PVA；聚丙烯PP;聚碳酸脂DC； 聚酰銨PA ；聚酰亞銨PL；聚甲醛。三、橡膠聚合物1、橡膠聚合物是彈性體高分子聚合物材料。具有高彈性，韌性和強度。良好的低溫磨擦 性及粘結性能。缺點：不耐高溫，在空氣中易老化，在使用時，須添加各種配合劑硫化劑、促進劑、防 老化劑。硫化是橡膠形成高彈、高強和三維結構的必需條件。2、硫化機理橡膠同硫磺或其它硫化劑相互作用發生關聯的過程叫硫化。生膠的分子鏈具有運動的獨立性，所以生膠是可溶性的而又是熱塑性的。硫化后分子鏈結 合在一起生成空間網，硫化膠便失去可溶性，而只能有限地膨脹。由于分子鏈間生成橫鏈，塑 性流動發生困難，故硫化膠比生

19、膠彈性更大。硫化橡膠中分子之間除范德華吸引力外，同時在分子鏈彼此結合的地方有原子價力發生作 用，故強度增大。3、橡膠性能1是良好的彈性體；回彈力高。2機械強度高，耐撓屈性好。3良好的耐透氣性。4是良好的電絕緣材料，且不受環境的影響。5化學反響能力強，故易形成硫化橡膠。6耐堿不耐酸。缺點：在空氣中易吸氧而變成氧化物，使分子鍵斷裂和過度交聯， 發生粘化和龜裂一老化,但可添加防老劑而得以改善。耐濃強酸，耐油，耐溶劑性很差。表7-2硫化對制品性能的影響工程硫化前硫化后項目硫化前硫化后可塑性有無耐老化差好彈性低高適用溫度范圍狹寬強度低高溶解性溶不溶僅溶脹伸長高低硬度低高變形大小電性能根本不變4、橡膠分類

20、：天然橡膠、合成橡膠。合成橡膠：是烯類聚合物，通過聚合方法合成的。A. 丁苯橡膠B. 丁晴橡膠 C.氟橡膠D.硅橡膠等。5、橡膠應用的處理A. 橡膠在氣油或其它溶劑中溶化成膠漿，后與纖維填料混合。B. 橡膠與纖維、填料在練膠機上混練。C. 橡膠塑煉t壓片t溶化t與樹脂摻與t與纖維、填料混合。橡膠主要用于密封材料中。四、有機粘結劑的作用機理基體主要是將應力傳遞和分配到各處纖維上，并將孤立的纖維粘結在一起，使之按要求取 向。基體可保護纖維，使其免受磨損，與濕空氣及其它環境介質的填接接觸。同時基體能使纖 維成為一個整體，抵抗受負荷后的破壞和變形。纖維一基體界面的結合強度是決定復合材料在使用過程中能以

21、何種程度發揮并維持其潛在 性能的關鍵因素。界面粘結力必須滿足以抵抗因纖維和基體熱膨脹系數不同以及固化過程中基體的收縮等因 素產生的應力。此外，基體最好能耐液體滲透且無空洞。五、纖維與基體的粘結作用方式 纖維和基體粘結劑依靠界面的粘結組成復合材料，故纖維基體界面、結構和性能對 復合材料的力學性能及物理性能起著重要作用。作用在基體上的應力是通過界面傳遞給纖維的。纖維與基體的粘結方式 吸附和浸潤當兩個電中性的外表不很粗糙的物體在足夠靠近時會產生物理吸附。粘結的首 要條件是必須浸潤基材，假設增強材料完全被樹脂浸潤，那么由物理吸附所提供的粘結強度從理論 上講能超過樹脂的內聚能。 但在實際上系統中， 樹脂

22、浸潤必須與水及其它可能的弱外表層競爭。 當兩個固體外表靠在一起時， 外表微觀原子尺寸上的粗糙不平， 使得它們之間不能有效地接觸， 此外，外表被沾污等都影響物理吸附。要使纖維外表有效地浸潤，使液態覆蓋外表上的每一個峰谷，須將空氣排凈，才可得到良 好的物理吸收粘著。1. 相互擴散 兩種聚合物外表化，有可能通過一個外表上聚合物分子向另一個外表分子網絡擴散而形成 粘接。粘結的強度取決于界面上分子纏結的數量各所包含的分子數目。相互擴散自粘著 一個外表上聚合物分子向另一個外表分子網絡擴散而形成粘結，粘結強度取決于界面上分 子纏結的數量和所包含的分子數目。溶劑和增塑劑的存在有助于相互擴散。相互擴散可以局部說

23、明在纖維與基體復合之前進行 聚合物涂層處理而實現結合的原因。相對于粘結，相互擴散被稱為自粘著作用。2. 靜電吸引 當一個外表攜帶有凈正電荷，而另一個外表攜帶凈負電荷時，兩個外表產生吸引力。像酸 堿反響與離子鍵合那樣，界面強度取決于電荷密度。3. 化學鍵結合 化學鍵結合是在纖維外表的化學基團同基體中相容的化學基團之間形成的結合。鍵合強度 取決于化學鍵的數量及類型主要界面粘結力。偶聯劑可以進一步改善化學鍵和力。4. 機械粘著 是兩外表的純機械連鎖而形成的粘結。樹脂將纖維外表完全浸潤，固化后依外表的各個細 部形狀而定型。這種結合力拉抻強度不高，以剪切強度為主，并取決于外表粗糙程度。而外表 的純機械連

24、鎖而形成的粘結，結合強度不高。仙相互擴JR的 自粘看作用打mULiujj« W XZWWAc»電吸引的 粘結5植11度毒膻的 機秋聯ttttftv7/Q化學會的X7 Q 0 :B歲申敬 吐 、&圖7-1聚合物與纖維或填料粘結機理示意圖第三節高溫固化一、概述高溫固化是一個復雜的物理化學反響過程，這個反響過程可分為枯燥脫水、分解、熔融、 相變、共熔、溶解、玻璃相的凝固、燒成結晶等步驟。二、高溫固化工藝過程一枯燥過程1. 原材料中水分存在的形式根據結合方式分類，可分為：1吸附水不參加晶格，不屬于原材料組分，滲入在礦物集合體中，為顆粒或裂隙外表機械吸附的中 性水分子。100

25、110° C時即可逸出破壞晶格。2結晶水以中性水分子存在于礦物材料中，在晶格中有固定的位置，是礦物化學組成的一局部，如 CaSQ2fQ不同礦物，脫水溫度不同，但脫水溫度高于吸附水脫水溫度。一旦脫水，晶體結 構即遭破壞。3沸石水存在于沸石簇礦物質中的中性水分子，加熱至804000C時大量逸出，但不引晶格破壞。只引起物理性質變化。 4層間水是存在于某些層次狀結構硅酸鹽的結構層之間的中性水分子。加熱至110C時，可大量逸出, 但在潮濕環境中又可重新吸水。 5結構水又稱化合水，是以為OH、H、H0離子形成參加礦物晶格的水霧。600-1000 C才能逸出， 此時結構也相應完全破環。 6機械結合

26、水含毛細管水分 ， 潤濕水分和空隙水分。如潤濕水僅是水和物料的機械混合。 7物理化學結合水又稱吸附水 ， 以水化膜的形式存在于物料外表 內外外表 ，對這三類水枯燥除去 ， 坯料體積 會發生收縮等缺陷。2. 根據能否用于燥方法除去來分類1平衡水分 物料中所含水分與周圍空氣環境到達平衡狀態材料外表的水蒸氣分壓與周圍空氣中水蒸 氣分壓相等時吸附水稱為平衡水。難以枯燥除去。 2自由水分 物料中所含的大于平衡水分的那一局部水分 ，可在空氣狀態下自濕物料中枯燥除去。3. 根據礦物中水分去除的難易程度分為1非結合水潤濕水 ， 也稱孔隙水 ， 純屬物料與水分的機械結合 ， 易于除去。 2結合水這種水分主要是于

27、物化結合方式 ， 故難以枯燥除去。4. 枯燥過程枯燥: 是采用熱加工的手段除去礦物或材料中的自由水和吸附水的工藝過程。 熱運動與物質結構的關系1特點 :傳熱和傳質并存 ， 兩者相互影響、相互制約。 對固體加熱使潤濕水分汽化的過程叫傳熱過程。 汽化后的潤濕水分蒸汽由于其分壓較大而擴散進入氣相的過程叫傳質過程。 內部傳質過程： 為到達枯燥目的必須作到 : 水分易于從外表蒸發 水分易于從材料內部擴散 液體和蒸汽二種形式 枯燥的難易的程度取決于材料內部擴散的難易 ， 外表狀態和由環境條件的差異引起的蒸發快慢程度。 2枯燥過程分為 : 加熱階段、等速枯燥階段、降速枯燥階段、平衡枯燥階段。 外表蒸發與吸附

28、到達動態平衡時，表現枯燥速度為零。 3枯燥過程與水分擴散外擴散一材料外表水分汽化，動力是材料外表的水蒸汽壓與周圍介質的水蒸汽分壓之差。內擴散一材料內部水分移至外表的過程，主要借助于擴散滲透力通過毛細血管的滲透作用，服從于擴散定律。內擴散主要有二種形式： 一是因材料內部濕度梯度引起的水分濕擴散水分濃度差，二是因溫度梯度引起的水分熱擴散。等速枯燥：內擴散速度等于外擴散速度，外擴散控制枯燥速率，生坯收縮的體積相當于排 除水的體積。降速階段：枯燥引起材料收縮，內擴散阻力增大，擴散速度下降，內擴散控制枯燥速率。平衡階段自由水分排除完畢，內擴散降至零，外表水分與外界介質到達平衡。這時含水率 過高會降低生坯

29、強度，過低那么會在大氣中增濕，浪費枯燥用的能量。以接近生坯與車間環境處 于平衡狀態的平衡含水率為宜。影響內擴散的主要因素：材料組分的性質；坯體溫度；材料外表與內濕差濕擴散 與濕度梯度成正比關系。枯燥過程中的水分擴散與內擴散過程表現了物質的轉移一傳質過程。但傳質過程是在熱能作用下進行的，故枯燥過程的本質是能量交換與物質轉移的過程。4枯燥過程中的收縮與變形開裂濕坯料中，固體顆粒被水膜所分隔，但隨著水分的排除，水膜不斷變薄，顆粒逐漸靠攏，材料 發生收縮。收縮量大約等于排出自由水的體積。 故在預成型時應盡可能降低含水率 ，提高填充密 度。水膜厚度減薄至臨界點狀態時，內擴散阻力增大，收縮根本結束。粘土物

30、料枯燥與收縮特點：收縮率大小與礦物材料性能、復合材料組分、含水率及加工工藝因素有密切關系。顆粒越 細，吸附的水化膜厚度越大，收縮率也越大。粘土收縮率大，脊性材料收縮率低。纖維礦物枯燥收縮具有各向異性，纖維排列方向收縮率低，而短軸方向收縮率高。層狀粘土也如此。粘土礦物中所含陽離子種類對材料的收縮率也有明顯影響。如表7-3所示。采用鈉離子作稀釋劑制備材料坯體時，可促使粘土顆粒平行排列，從而使用其徑向收縮率大于使用鈣離子的 粘土礦物。表7-3高嶺土所含陽離子對枯燥性能的影響陽離子種類枯燥收縮枯燥后固體物含量體積%枯燥后抗折強 度 Mpa長度%直徑%Na+4.810.061.02.94Ca+6.58.

31、559.11.60Ba+5.97.657.21.00La+6.67.454.70.82H0+7.48.955.61.34 5枯燥缺陷產生原因及克服方法 6枯燥方法與設備以枯燥熱能的提供方式可將枯燥方法分為自然空氣枯燥、熱空氣枯燥、輻射枯燥、微波干 燥等。熱源：燃煤、煤氣、燃油、蒸汽、導熱油、電加熱等形式。枯燥器分類：共有八類 間歇箱式枯燥器 物料移動型枯燥器，如隧道式枯燥器 物料攪拌型枯燥器，如圓筒型和槽型攪拌枯燥器 回轉枯燥器，如通氣回轉枯燥器 物料懸浮枯燥器，如噴霧枯燥器 傳熱加熱型物料枯燥器，如滾筒枯燥器 膏糊狀物料枯燥器 其它特殊類型枯燥器，如紅外及遠紅外枯燥器。自然空氣枯燥：受空氣濕

32、度、溫度、空氣流動情況影響大，勞動強度大，但本錢低。 適用于對含水率要求不高的脊性、粗粒礦物材料。如蛭石，珍珠巖保溫材料，硅砂品等。熱空氣枯燥：以對流傳熱為主，輻射傳熱形式為輔。枯燥介質將熱量傳給材料，又將蒸發的水汽帶離材 料外表，可分為： 室式枯燥箱式枯燥 把濕料置于容器中間或間隔堆碼在載體上，在枯燥室中進行枯燥。 熱源：利用窯爐或鍋爐加熱空氣，盡量作到循環利用。 厚層物料：用高溫低濕熱空氣 。薄層物料：用低溫高濕法作業，以均勻受熱升溫，防止缺陷。箱式枯燥也可用于對復合材 料進行預處理，以消除其內應力。 隧道式枯燥紙石膏板枯燥設備物料在窯內可以流動的大型枯燥室，一般采用逆流枯燥，熱流方向與物

33、料移動方向相反， 物料先與低溫高濕熱空氣接觸，可使物料平穩均勻升溫。物料前進過程中與相遇的熱空氣溫度 越來越高，濕度越來越低，逐漸被枯燥。在窯尾，含水已很低的物料與高溫低濕氣流接觸，干 燥速度很快。因此隧道式干枯燥法可根本上與物料枯燥四個階段特性要求相統一。物料的移動 可采用窯車或采用鏈板或網帶等，可連續工作，也可間歇作業。與室式枯燥相比，隧道式枯燥 熱利用率和生產效率較高，枯燥質量穩定，便于調節控制。但操作中必須防止枯燥介質氣體出 口溫度過低，以免水汽冷凝在已枯燥的物料上，而且要求進口的濕料溫度要高于氣體出口的氣 體溫度。術壞風卻Lin R :m一 圖亍-？帶廢氣再循環的隧道十燥器流程隧道式

34、枯燥優點：利用率和生產效率高，枯燥質量穩定，易于調節控制。熱空氣來源可以是窯爐的余熱，也可用燃燒爐產生的熱風，或采用過熱水蒸汽，導熱油等將冷 空氣加熱而得到。 鏈式枯燥3鏈式b Ph式仏綜合式圖了7 鏈式于燥器示意圖 轉筒枯燥器輕鈣枯燥設備以對流傳熱為主，熱煙氣為介質，枯燥容器為一轉動的筒體。主要適用于枯燥塊狀、粉、粒狀礦物材料。工作機理：轉筒枯燥器主體為一回轉的金屬圓筒，物料由一端給入，由另一端卸出，筒體 內裝有揚料板，可起攪拌分散物料的作用，枯燥介質按順流或逆流方式與物料進行熱交換。按 傳熱方式分直接傳熱熱空氣與物料直接接觸、間接傳熱和復合傳熱三種。轉筒枯燥器系統及 類型見圖6-4及圖6-

35、5。 傳運帶式載物料加熱空氣，通過噴射嘴向帶面物料噴流加熱枯燥的設備。 特征：風速快，枯燥速率高，時間短，枯燥容積小，結構簡單，費用低。適用于保溫材料等。 物料攪拌型枯燥器適用于粉體或粘土礦物等精選物料，在攪動狀態下可獲得高的枯燥速率，分低速攪拌及高 速攪拌二種。 膏糊狀物料枯燥器介紹強化沸騰氣流枯燥設備工作原理：其工作原理見圖6-9、圖6-10。膏糊狀物料經定量加料器后由螺旋加料器的多孔圓筒擠壓成條，連續參加枯燥器內，在下落時經初步枯燥，并在 外表粘附一層干粉，粘性大減。落到床層底下的強化器中，在一邊枯燥一邊粉碎的過程中變成 細粉，又被吹回床層內繼續枯燥成干粉，最后被氣流送入旋風別離器和袋濾

36、器。在一套設備中 把預成型、預枯燥、粉碎、枯燥結合在一起，解決了膏糊狀物料在流化枯燥中因粘結而不能流 化的問題。圖八4回轉烘干機流程圖1-料倉A皮帶運輸機3-燃燒室4-鼓風機了-拱十機A旋鳳收塵器了-排鳳機合-煙囪b順流式逆流式圖7-5 回轉烘干機內物料與氣流的流向和溫度變化 噴霧枯燥器使固一液分散相物料，通過壓力輸送彌散進入熱氣流中進行枯燥的方法。噴霧枯燥與噴霧造粒常同步進行。工藝過程：礦漿進料彌散為霧滴t霧氣混合t枯燥t固 氣別離。設備組成：六大系統，其中霧化、噴出霧滴與熱空氣接觸是三個關鍵作業。 注意噴霧枯燥塔的形狀選擇錐管噴出、離心霧化器甩出。二熱分解熱分解是材料固化過程中的第二階段。

37、概念：熱分解是礦物晶體分子結構在熱處理過程中發生分解的熱化學反響，工藝學上常稱 為輕燒或煅燒。空丸人口#xat!導入口'JlHfT玄心欄帚協爲葉常F岀口Ta*t出口丿 卡張曲出口叭*圖,7 間接加圖何接加熱式抽型曲樣平煥器1. 熱分解脫水熱分解脫水作用： 1它是指在熱狀態下使礦物分子內部的結合水分解排出的過程。 2不同礦物的結合水脫水失重曲線差異很大，這是用差熱法分析鑒定礦物質的根本依據。例如高嶺石脫水：Al 203 2SiO2 2出0t AI2O3 2SiO2+2H2Of偏高嶺石石膏脫水：CaSO > CaSO4+ 1/2H 2O不同的煅燒條件，脫水程度不同，可制得不同性能的熟

38、石膏。 凹凸棒石、海泡石粘土特征：主要排出吸附水和結構水。 鋁土礦生產氧化鋁，水鎂石制造氧化鎂等均是脫水分解。 熱分解脫水主要是脫除結晶水或結構水，并使礦物晶體結構遭到不同程度的破壞。但滑石在 600oC 以上溫度下脫水后，晶格內部可重新排列結合，形成偏硅酸和活性二氧化硅。 利用脫水效應生輕質保溫材料。三氧化分解1. 碳酸鹽礦物的分解：0550-1000 CCaCO> CaO+CQf550-7500CMgCO> MgO+CO2 T600- 1 0500CCaMgCO32 > CaO+MgO+CO 2T連續反響：CaO+H2O > CaOH 2 消石灰CaOH2+CO &

39、gt; CaCQ+HO 輕鈣制取所需化合物。2. 硫酸鹽礦物的熱分解 硫化物、碳素及有機物的氧化增白機理之一。 一些粘土礦物中常含有一定的碳素，硫化物及有機物。碳素及有機物在6000C 以上才開始氧化：C+O2 > CO2T其夾雜的硫化物的氧化反響直至8000C 才根本結束：350FeS2+O24500C> FeS+SO f8000C> 2Fe2O3+4SO2f5004FeS+7O3. 氧化鐵的分解 不同氣氛下，其分解溫度不同。注意：高溫氧化分解產物 CO、SQ及有機物氣體都必須要在氧化分解期充分逸散完畢，否 那么在后期過程中引起氣泡破壞作用。(四) 分解熔融 硅酸鹽礦物高溫

40、下熱解，轉變成新的結晶礦物，同時產生具有補充組分的液相異元熔融化合物。如：9259500C高嶺石 3 (Al 2Q3 2SiQ2)> 3AI 2Q 2SiQ2+4SiQ2 (液相)堇青石(2MgQ. 2AI2Q 5SiQ2) > 莫來石(3AI203 2SiQ2)+SiQ (液相)高溫液相的生成，對陶瓷、耐材、玻璃、鑄石等材料的制造過程有著重要的作用。 熔劑化合物在燒成過程中可能生成的低共熔化合物的作用：降低熔融溫度、 節能、 加速結晶的形成。(五) 熔融1. 作用：重新結晶，制造纖維，有利成型，但與固化有關的是熔融后的重結晶作用。2. 概念：將固體礦物或巖石在熔點條件轉變為液相高

41、溫流體的工藝過程。3. 熔融的分類：( 1)單一成分的熔融 將單一成分的高純氧化物用電弧爐或高頻電爐或高頻電爐熔融，以獲得穩定的結晶塊。如熔融AI2Q、ZrQ2高級耐火材料，熔融 SiQ2用于制造石英玻璃。( 2)復合成分的熔融 由兩種以上的被熔融物經過相互熔融，使之發生高溫反響的工藝過程，目的是生產各類材 料制品。被融物要事先按組分進行配料，然后對配料混合物進行高溫熔融。 熔融玻璃 熔融耐火材料原料熔融T澆注至耐火模具中T凝固T結晶而成。如熔鑄鋯剛玉磚、熔爐鑄莫來石磚等，它與燒結法相比，致密，氣孔少，密度大，機械 強度，抗渣性好。 熔融鑄石 用于工業生產工藝設備中作耐磨材料及耐用酸堿材料 制

42、造高鋁水泥熔融水泥鐵磯土 + 石灰石T完全溶化T爐外冷卻凝固為熟料T細磨成粉末。 熔融生產磷肥 人造礦物纖維4. 熔融工藝設備 1 電弧爐高溫雙極碳棒電弧熔爐，溫度可達 2000°C,由電源變壓器、電弧爐、空氣壓縮機三局部構 成，主要用于生產耐火纖維。 工作原理 生產過程中主要影響因素2坩鍋窯原料盛在坩鍋內熔制 它主要用于坩鍋法、拉絲、溫度控制系統。3池窯 - 原料盛在窯池內熔制 , 可直接對原料加熱，用火焰或電流加熱。 工藝流程原料自投料口投入t熔化受熱熔化和澄清t不斷沿縱向流動進入冷卻部均化冷卻t經過成型通道分配至各成型部t引上成型為玻璃平板或經供料通道給下步成型工序用如器皿玻璃。 設備結構A. 熔化部下部為窯池 , 上部為火焰空間 , 窯池是配合料熔化成玻璃液并進行澄清的地方。B. 冷卻部是熔化好的玻璃液進一步均化和冷卻的部位 , 也是將玻璃液分給各供料通路的部位 , 也分 上部空間與窯池兩局部 , 結構與熔化局部大致相同 ,但較為簡單。C. 成形部由冷卻部來的玻璃液 , 經成形通路到達成形部。六燒結固化1. 燒結 坯體及固體細粉料在高溫加熱時 , 隨著溫度的升高要發生一系列物理化學變化， 如膨脹、 收縮、氣體的產生、液相的出現、晶相的產生、轉變、消失等。隨著這些變化 , 氣孔率降低、體積