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石灰新用途探究|氧化鈣陶瓷的介紹與應(yīng)用
2025-03-17 08:42:49 來源：石灰窯生態(tài)圈
氧化鈣，俗名生石灰，是非常常見的一種物質(zhì)。氧化鈣在很多領(lǐng)域都有廣泛的用途，比如作為工業(yè)上用作填料、農(nóng)業(yè)上用作土壤改良劑等。但是氧化鈣陶瓷確實(shí)很少見到，氧化鋁、氧化鋯這些氧化物陶瓷很多人都耳熟能詳細(xì)，但提起氧化鈣陶瓷，可能連聽說過的都比較少。
接下來，讓我們深入了解氧化鈣陶瓷的獨(dú)特之處。這種陶瓷雖然不常見，但具有顯著的特性，使其在金屬冶煉領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它被廣泛應(yīng)用于多孔過濾器和坩堝等設(shè)備的制造，這些都是金屬冶煉過程中不可或缺的耐火材料。那么，究竟是哪些特殊性能賦予了氧化鈣陶瓷這樣的應(yīng)用價(jià)值呢？
首先，氧化鈣陶瓷具有較高的耐火性。其熔點(diǎn)為2570℃，雖不算特別高，但已足夠應(yīng)對(duì)許多應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，它還展現(xiàn)出不錯(cuò)的抗熱震性。此外，高溫蠕變性使得材料在溫度變化時(shí)能夠緩沖熱應(yīng)力，從而避免變形或損壞。
然而，氧化鈣陶瓷的獨(dú)特之處遠(yuǎn)不止于此。在高溫環(huán)境下，它展現(xiàn)出卓越的熱穩(wěn)定性，幾乎不與任何熔融金屬發(fā)生反應(yīng)。研究顯示，在1500℃下，其熱穩(wěn)定性甚至超越了氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈦和氧化硅等常見氧化物。這種出色的高溫穩(wěn)定性使得氧化鈣陶瓷在金屬冶煉領(lǐng)域表現(xiàn)出色。
更為重要的是，氧化鈣陶瓷還具有優(yōu)異的除雜性能。它能輕易與金屬熔液中的硫、磷等雜質(zhì)反應(yīng)，生成的物質(zhì)會(huì)浮到保護(hù)渣層中并被去除，顯著提高金屬的純度。
盡管如此，氧化鈣陶瓷的使用范圍仍主要局限于金屬冶煉領(lǐng)域。這主要是因?yàn)槠錁O易水化的特性。在常溫下，氧化鈣會(huì)與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，這一過程不僅放熱，還會(huì)導(dǎo)致制品體積劇烈膨脹，從而產(chǎn)生裂紋、崩裂甚至徹底粉化。這樣的特性無疑限制了其更廣泛的應(yīng)用。
然而，這也為材料研究者帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。盡管生石灰價(jià)格低廉，但其水化問題一直難以解決。一旦能夠找到有效的方法來控制其水化反應(yīng)，那么氧化鈣陶瓷的應(yīng)用前景將無比廣闊。因此，如何提高氧化鈣陶瓷的抗水化能力，成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。
如何提升氧化鈣的抗水化性能呢？一個(gè)簡單的方法是提升燒結(jié)溫度。在高溫環(huán)境下燒結(jié)的氧化鈣，其材料致密度更高，晶粒粗大且結(jié)晶完整，從而顯著降低水化反應(yīng)的活性，提升抗水化能力。然而，此方法能耗大且對(duì)設(shè)備要求高，并非主流研究方法。另外，過高的燒結(jié)溫度有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致晶粒異常生長，進(jìn)而降低陶瓷密度和抗水化能力。
目前，研究較多的方法是進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿诫s。這些摻雜物質(zhì)主要包括氧化物如氧化銅、氧化鐵、氧化鉻等，以及鹽類如氯化鈣、氟化鈣、磷酸鹽等。摻雜的作用機(jī)制主要有兩方面：一是與氧化鈣形成固溶體，促進(jìn)固相燒結(jié)，從而在較低溫度下獲得高致密度、大晶粒的陶瓷，提升抗水化性能；二是與氧化鈣共同形成耐水性玻璃相，這類玻璃相不僅有助于燒結(jié)，還能通過覆蓋在晶粒表面來減少氧化鈣與水的接觸，進(jìn)而增強(qiáng)其抗水化能力。
值得注意的是，固溶體或液相的形成有時(shí)可能會(huì)影響氧化鈣陶瓷的其他性能，如耐高溫性能。因此，研究者們還探索出了表面包覆的方法來加入摻雜物質(zhì)。例如，將氧化鈣材料埋在氧化鉻粉中進(jìn)行燒制，高溫下氧化鉻會(huì)與氧化鈣反應(yīng)，在材料表面形成9CaO·4CrO3·Cr2O3保護(hù)層，有效阻止氧化鈣與水的接觸，從而顯著提升其抗水性能。
陶瓷型芯的表面處理
除了上述提到的摻雜方法，還有一種新興的表面處理技術(shù)備受關(guān)注，即表面碳酸化法。這種方法通過向氧化鈣制品中引入二氧化碳?xì)怏w，促使其表面形成碳酸鹽保護(hù)層，從而有效隔絕了與水的接觸，進(jìn)而增強(qiáng)了其抗水化性能。
那么，氧化鈣陶瓷的這種易水化特性就真的全然不利嗎？事實(shí)上，這一特性在某些特定應(yīng)用中卻大有裨益。以鑄造精密金屬零部件的型芯為例，金屬零部件鑄造成型后，需要進(jìn)行脫芯處理。某些化學(xué)穩(wěn)定性好的型芯，往往需要采用振動(dòng)或高壓水沖擊等方式進(jìn)行脫芯，這不僅可能破壞鑄件，還可能損傷型芯。然而，易水化的氧化鈣陶瓷則提供了一個(gè)便捷的解決方案。在水中浸泡一下（甚至可以加入少量稀酸以加速反應(yīng)），就能輕松實(shí)現(xiàn)脫芯，同時(shí)還能顯著降低鑄件的破損率，提高脫芯效率。
資料編輯：
《石灰產(chǎn)業(yè)》編輯部
2025年03月17日
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