二氧化硅微粉（硅灰）在耐火浇注料中主要作用

二氧化硅微粉是一种呈球形结构的不定型微粉体，具有较大的比表面积和较高的化学活性，被广泛地应用在耐火材料和陶瓷行业中。

1、二氧化硅微粉的性质

二氧化硅微粉也称硅灰，通常是冶炼金属硅或硅铁合金的副产物。在生产多晶硅及硅铁的过程中，一部分SiO2被还原为SiO气体，SiO气体排出炉外，遇到氧气又重新被氧化生成二氧化硅微粉。所以，它实际是气相沉淀法生产的一种氧化硅。

二氧化硅微粉的形貌呈标准圆球形，平均粒径大小在0.15μm左右，比表面积在15-30m2/g之间，具有较高的化学活性。二氧化硅微粉不可燃，对人体的危害性较小。

二氧化硅微粉中的SiO2的含量在87-98%之间，其化学活性与SiO2的含量有关。一般来说，SiO2的含量越高，其表面积越大，活性也就越高。通常冶炼硅铁合金所得到的二氧化硅微粉中SiO2含量比金属硅所得到的二氧化硅微粉要低。而且，不同厂家生产的二氧化硅微粉一般具有较大的化学成分组成差异，导致其化学性质也有较大的差异。例如，与生产金属硅而收集到的二氧化硅微粉相比，通过用锆英石生产脱硅锆时收集到的二氧化硅微粉的平均粒径相对较小，其包含杂质的碱性氧化物含量较低，导致其在水溶液中的pH值相对较低，在浇注料内部能够降低浇注料的粘度，使浇注料的流动性得以提高并延长浇注料使用寿命，因而在不定形耐火浇注料中的用量相对较大。

2、二氧化硅微粉对铝酸钙水泥水化的影响

在大多数情况下，二氧化硅微粉是与水泥等结合剂共同使用的。二氧化硅微粉有较高的表面积，能够为铝酸钙水泥的水化产物提供较多的成核位点，有利于水化产物的结晶，提高浇注料颗粒间的胶结作用，从而提高浇注料的强度。二氧化硅微粉能够改变铝酸钙水泥的水化产物组成。

有研究表明，在铝酸钙水泥结合的黏土熟料浇注料中加入二氧化硅微粉在40℃下养护能够影响铝酸钙水泥的水化产物的产生及其转化。纯的铝酸钙水泥水化24h，其水化产物β-C2AH8和α-C2AH8的产生量随养护时间的延长而增多，但24h后α-C2AH8的产生量逐渐减少。在铝酸钙水泥中掺加二氧化硅微粉后，α-C2AH8与β-C2AH8的产生量在养护24h后就能够达到最大量。24h以后，α-C2AH8与β-C2AH8转化为钙黄长石水化物C2ASH8。二氧化硅微粉在工业生产中是由气相沉淀法收集到的，在其内部会包含多种碱金属杂质元素，使其在水溶液中呈现出不同的化学性质，比如zeta电位和pH值。有研究表面，在水溶液中呈现不同pH值的二氧化硅微粉对铝酸钙水泥(CAC)的水化过程有较大的影响。

随着pH值(2.77、6.91和7.66)的增加，二氧化硅微粉能够提高铝酸钙水泥的水化速率，并且促进水化产物的生成。这可能是因为二氧化硅微粉的pH值越高在水溶液中能使水电离出较多的OH-，加快水泥水化中的“羟基化”过程，进而加快铝酸钙水泥水化反应，促使水泥的水化产物生成;当二氧化硅微粉的pH值足够低时，会使水溶液解离出较多的H+，部分会中和OH-而阻碍铝酸钙水泥的“羟基化”过程，从而延缓了水泥的水化速率。

3、二氧化硅微粉在不定形耐火材料中的应用

二氧化硅微粉是浇注料中比较常用的微粉。 二氧化硅微粉粒度较小，能够填充浇注料中颗粒之间的孔隙，降低浇注料的用水量;二氧化硅微粉呈标准球形结构，具有“滚珠效应”。 其填充在颗粒间时使颗粒间的相对滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而减小了颗粒间的摩擦作用，导致浇注料的粘度降低，流动性得以提高。

二氧化硅微粉由于其特殊的生产过程导致其为无定型晶体结构，在颗粒的表面容易形成断键。由于断键的存在，使二氧化硅微粉在水溶液中很容易吸附水中的OH-而形成Si-OH，并在水溶液中离解成Si-O-和H+。由于其粒度相对较小(微米级)，二氧化硅微粉很容易在水溶液中形成带有双电层的胶团结构。活性较高的二氧化硅微粉在水溶液中能够吸附OH-，在其颗粒表面的形成大量的羟基。在低温养护时，二氧化硅微粉能够发生脱水反应使颗粒之间形成-Si-O-Si-键结合，从而提高了浇注料脱模强度。二氧化硅微粉在高温下能够成为液相，降低颗粒之间传质的粘度，从而增强传质速率，促进颗粒之间的烧结。因此，掺加二氧化硅微粉的浇注料在800℃下能促进浇注料内基质间的烧结，增强了颗粒间交错互锁的结合能力，使得浇注料的中温强度得以提高。