二氧化硅微粉是一種呈球形結(jié)構(gòu)的不定型微粉體，具有較大的比表面積和較高的化學(xué)活性，被廣泛地應(yīng)用在耐火材料和陶瓷行業(yè)中。
1、二氧化硅微粉的性質(zhì)
二氧化硅微粉也稱硅灰，通常是冶煉金屬硅或硅鐵合金的副產(chǎn)物。在生產(chǎn)多晶硅及硅鐵的過(guò)程中，一部分SiO2被還原為SiO氣體，SiO氣體排出爐外，遇到氧氣又重新被氧化生成二氧化硅微粉。所以，它實(shí)際是氣相沉淀法生產(chǎn)的一種氧化硅。
二氧化硅微粉的形貌呈標(biāo)準(zhǔn)圓球形，平均粒徑大小在0.15μm左右，比表面積在15-30m2/g之間，具有較高的化學(xué)活性。二氧化硅微粉不可燃，對(duì)人體的危害性較小。
二氧化硅微粉中的SiO2的含量在87-98%之間，其化學(xué)活性與SiO2的含量有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，SiO2的含量越高，其表面積越大，活性也就越高。通常冶煉硅鐵合金所得到的二氧化硅微粉中SiO2含量比金屬硅所得到的二氧化硅微粉要低。而且，不同廠家生產(chǎn)的二氧化硅微粉一般具有較大的化學(xué)成分組成差異，導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)也有較大的差異。例如，與生產(chǎn)金屬硅而收集到的二氧化硅微粉相比，通過(guò)用鋯英石生產(chǎn)脫硅鋯時(shí)收集到的二氧化硅微粉的平均粒徑相對(duì)較小，其包含雜質(zhì)的堿性氧化物含量較低，導(dǎo)致其在水溶液中的pH值相對(duì)較低，在澆注料內(nèi)部能夠降低澆注料的粘度，使?jié)沧⒘系牧鲃?dòng)性得以提高并延長(zhǎng)澆注料使用壽命，因而在不定形耐火澆注料中的用量相對(duì)較大。
2、二氧化硅微粉對(duì)鋁酸鈣水泥水化的影響
在大多數(shù)情況下，二氧化硅微粉是與水泥等結(jié)合劑共同使用的。二氧化硅微粉有較高的表面積，能夠?yàn)殇X酸鈣水泥的水化產(chǎn)物提供較多的成核位點(diǎn)，有利于水化產(chǎn)物的結(jié)晶，提高澆注料顆粒間的膠結(jié)作用，從而提高澆注料的強(qiáng)度。二氧化硅微粉能夠改變鋁酸鈣水泥的水化產(chǎn)物組成。
有研究表明，在鋁酸鈣水泥結(jié)合的黏土熟料澆注料中加入二氧化硅微粉在40℃下養(yǎng)護(hù)能夠影響鋁酸鈣水泥的水化產(chǎn)物的產(chǎn)生及其轉(zhuǎn)化。純的鋁酸鈣水泥水化24h，其水化產(chǎn)物β-C2AH8和α-C2AH8的產(chǎn)生量隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)而增多，但24h后α-C2AH8的產(chǎn)生量逐漸減少。在鋁酸鈣水泥中摻加二氧化硅微粉后，α-C2AH8與β-C2AH8的產(chǎn)生量在養(yǎng)護(hù)24h后就能夠達(dá)到最大量。24h以后，α-C2AH8與β-C2AH8轉(zhuǎn)化為鈣黃長(zhǎng)石水化物C2ASH8。二氧化硅微粉在工業(yè)生產(chǎn)中是由氣相沉淀法收集到的，在其內(nèi)部會(huì)包含多種堿金屬雜質(zhì)元素，使其在水溶液中呈現(xiàn)出不同的化學(xué)性質(zhì)，比如zeta電位和pH值。有研究表面，在水溶液中呈現(xiàn)不同pH值的二氧化硅微粉對(duì)鋁酸鈣水泥(CAC)的水化過(guò)程有較大的影響。
隨著pH值(2.77、6.91和7.66)的增加，二氧化硅微粉能夠提高鋁酸鈣水泥的水化速率，并且促進(jìn)水化產(chǎn)物的生成。這可能是因?yàn)槎趸栉⒎鄣膒H值越高在水溶液中能使水電離出較多的OH-，加快水泥水化中的“羥基化”過(guò)程，進(jìn)而加快鋁酸鈣水泥水化反應(yīng)，促使水泥的水化產(chǎn)物生成;當(dāng)二氧化硅微粉的pH值足夠低時(shí)，會(huì)使水溶液解離出較多的H+，部分會(huì)中和OH-而阻礙鋁酸鈣水泥的“羥基化”過(guò)程，從而延緩了水泥的水化速率。
3、二氧化硅微粉在不定形耐火材料中的應(yīng)用
二氧化硅微粉是澆注料中比較常用的微粉。二氧化硅微粉粒度較小，能夠填充澆注料中顆粒之間的孔隙，降低澆注料的用水量;二氧化硅微粉呈標(biāo)準(zhǔn)球形結(jié)構(gòu)，具有“滾珠效應(yīng)”。其填充在顆粒間時(shí)使顆粒間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而減小了顆粒間的摩擦作用，導(dǎo)致澆注料的粘度降低，流動(dòng)性得以提高。
二氧化硅微粉由于其特殊的生產(chǎn)過(guò)程導(dǎo)致其為無(wú)定型晶體結(jié)構(gòu)，在顆粒的表面容易形成斷鍵。由于斷鍵的存在，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，并在水溶液中離解成Si-O-和H+。由于其粒度相對(duì)較小(微米級(jí))，二氧化硅微粉很容易在水溶液中形成帶有雙電層的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。活性較高的二氧化硅微粉在水溶液中能夠吸附OH-，在其顆粒表面的形成大量的羥基。在低溫養(yǎng)護(hù)時(shí)，二氧化硅微粉能夠發(fā)生脫水反應(yīng)使顆粒之間形成-Si-O-Si-鍵結(jié)合，從而提高了澆注料脫模強(qiáng)度。二氧化硅微粉在高溫下能夠成為液相，降低顆粒之間傳質(zhì)的粘度，從而增強(qiáng)傳質(zhì)速率，促進(jìn)顆粒之間的燒結(jié)。因此，摻加二氧化硅微粉的澆注料在800℃下能促進(jìn)澆注料內(nèi)基質(zhì)間的燒結(jié)，增強(qiáng)了顆粒間交錯(cuò)互鎖的結(jié)合能力，使得澆注料的中溫強(qiáng)度得以提高。
