什么是耐火磚的熱壓成型
耐火磚成型方法是廣泛普及的，成型磚坯的氣孔率通常為20%～50%。成型氣孔率小于10%的磚坯，沒有獲得成功。為了取得低氣孔率的耐火磚，靠磚坯(半成品)燒成。用燒結(jié)法使氣孔率降到指定值，并有可能使耐火磚達(dá)到理論密度范圍。可是燒結(jié)的同時發(fā)生收縮，顆粒(晶體)尺寸和氣孔尺寸增大，在許多場合算是有害的。成型和隨后的燒結(jié)時間長(2～5天)，也是勞動和動力消耗過程。在最短時問內(nèi)解決最致密，同時又很堅固的耐火材料問題——耐火磚采用熱壓成型方法。熱壓成型包括粉料在磚模里直接燒熱到必要的溫度并壓制。同時發(fā)生致密和燒結(jié)。
成型壓力和溫度限制了磚模的壽命。現(xiàn)在應(yīng)用最多的是石墨模型。用感應(yīng)方法或經(jīng)石墨讓電流通過的方法，使粉料在其中加熱。石墨模型成型壓力通常為lO~l5MPa。用碳化鈦制的模型，溫度800～900℃時，在14到21MPa壓力下成型;用鉬合金制的模型，在惰性氣體介質(zhì)中，低于1200℃的溫度下，允許壓力為14～21MPa;在剛玉模型中，溫度為1100℃時，70～140MPa壓力下成型，得到接近理論密度的耐火磚。
單一機(jī)理不能描述熱壓的整個過程。至少分為三個階段。
開始階段，致密根據(jù)別列日諾(A.C.Bepex(Horo)方程式，￡～(tgp)-1，然而這個關(guān)系后來退化。
第二階段，致密按粘滯流動機(jī)理進(jìn)行，并用方程式描述。
式中，(ρ對)為相對密度，絕對致密時等于1;(ρo)為τ=0瞬息間的初始相對密度;η為成型溫度下泥料從粘滯流動公式得出方程式。在指定的時間τ，取得指定的相對密度，必須按方程式確定熱壓的壓力p。同時初始(模中)相對密度用ρo試驗確定。寫出方程式形式In(1-ρ對)=3pτ/4η+C，式中C=In(1-ρo)=恒量，可以看出In(1-ρ對)與τ表現(xiàn)直線關(guān)系，又是粘滯流動的正式特征。按直線的傾度值可以確定粘度。為了得到致密的磚坯，更有效的降低粘度，均勻地提高溫度，而不提高壓力。因為提高溫度，在粘度的實際范圍通常降低一點兒，而壓力可能要增大一個等級。熱壓時，可能某些顆粒增大，雖然還比燒結(jié)時小，可是粘度增大，因而致密降低。所以在成型前的配料中，適當(dāng)引入抑制劑來減緩顆粒增長速度，隨磚坯密度增加，方程式的項減少，而致密速度下降。
熱壓的最后階段，致密動力學(xué)，或由時間的平方根，或由時間的立方根決定，代表的是擴(kuò)散燒結(jié)。當(dāng)△ρ對/Po~τ的平方根時，發(fā)生開口氣孔愈合(排除)，當(dāng)△ρ對/Po~τ的立方根時，排除閉口氣孔。所以，熱壓第三期間算是按擴(kuò)散燒結(jié)機(jī)理產(chǎn)生致密。
熱壓時，又好像通常燒結(jié)時添加物的有效作用。例如：燒結(jié)Al2O3用MgO添加物(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%～0.04%)的良好作用是毫無疑義的。氧化鎂有如下作用：氧化鋁離子聚集在氧化鎂固熔體中，提高擴(kuò)散系數(shù)并加速氣孔的排除。使氣孔尺寸減小和它的能動性增大，而且氣孔被布置在顆粒邊界上，本身更妨礙剛玉晶體的異常增長。
熱壓耐火磚與燒結(jié)耐火磚比較，當(dāng)它們的氣孔率相同時，強度和熱導(dǎo)率高。熱壓耐火磚同樣是抗熱震性低。
耐火材料工業(yè)對耐火粘土和高嶺土的熱壓成型很有興趣，開發(fā)了生產(chǎn)工藝。
方法的實質(zhì)是根據(jù)耐火粘土和高嶺土的性質(zhì)以及作為高溫增塑劑，含的粘土組分和基于更耐火的骨料(鋯英石，二氧化鋯，石墨，氧化鋁等)的復(fù)雜成分泥料，加熱到高溫變?yōu)榭伤軤顟B(tài)。更進(jìn)一步理解的方法實質(zhì)是熱壓利用液相燒結(jié)過程。
視為材料熱塑狀態(tài)的成型方法：同時過程的溫度取決于成型系統(tǒng)性能的流變性(粘度，流變極限)。這個方法與熱壓的差別是粗坯在窯里預(yù)先加熱到指定溫度(同時形成某些數(shù)量的液相)后來它轉(zhuǎn)移到模型中，并壓制。第一階段發(fā)生的致密，通常在液壓機(jī)上成型，由于質(zhì)點互相遷移。熱壓時，液相在質(zhì)點周圍形成薄膜，由于體積重量快速達(dá)到臨界密度，在其下發(fā)生彈性變形，并中止致密。第二階段的致密是在固定壓力的保溫時期，用比例τ的平方根描述，代表的是燒結(jié)過程動力學(xué)。下圖為粘土材料熱壓成型的有代表性的沉淀曲線。獲得某壓力在b點開始沉淀，它由零a點增長到c點，然后仍舊不變。沉淀由b點到c點與壓力相稱的變化，然后逐漸降低而在d點中止。同時其質(zhì)量在該條件密度達(dá)到最大。
b點的壓力乃是位移的最大應(yīng)力或蠕變極限Pk?？梢杂迷囼灤_定最佳溫度和在這個溫度下的Pk值。例如：
原料 某地粘土 某地高嶺土
最合適溫度/℃ 1300 1450
流變極限Pk/MPa 2.34 2.34
原來各種粘土熱壓成型最佳溫度時的Pk值和這些粘土可塑狀態(tài)(常溫下)同樣的Pk值相近。這就是說粘土和高嶺土在熱塑狀態(tài)使本身成為賓漢體。如果在比流變極限溫度高的溫度下成型，那么發(fā)生腫脹，這說明溶解在液相中的氣體膨脹，耐火磚幾乎完全沒有氣體滲透性。
按物理化學(xué)性質(zhì)，用兩個種類不同的粘土，當(dāng)時一種是細(xì)分散的粘土，而另一種是粗分散的粘土，熱塑成型耐火磚，緩慢冷卻，獲得熱穩(wěn)定的耐火磚。這種耐火磚的熱機(jī)械性質(zhì)非常高。例如用某地粘土和某地高嶺土制得的耐火磚的氣孔率為2.5%～6.1%，耐壓強度為85MPa，0.2MPa荷重軟化溫度為1520℃，加熱到1000℃并隨后在水中冷卻的抗熱震性為70次。
由許多成分的耐火材料：石墨粘土、碳化硅粘土、石墨碳化硅粘土等加入耐火粘土作為增塑劑，在熱狀態(tài)中成型能夠取得低氣孔率的耐火磚。這種耐火磚的特點是低透氣性，高熱震性和較高的強度。
硅酸鋁耐火磚的工業(yè)規(guī)模熱壓成型尚未實現(xiàn)。對于熱壓新的不同作法還處在探討階段。
(1)動態(tài)熱壓：粗坯在窯內(nèi)加熱到指定溫度，然后在秒鐘份額期間內(nèi)用錘再壓成型的過程。當(dāng)壓力不小于1000MPa時，錘下致密時間0.01～0.001s。
(2)反應(yīng)性熱壓：材料分解(脫碳或脫水)溫度下熱壓。
(3)含碳氧化物材料熱壓：眾所周知，碳加熱到350～450℃時增塑，480～490℃時變硬。碳一氧化物的混合物加以熱壓，在碳熱塑狀態(tài)的溫度下，細(xì)分散的氧化物被壓入碳中，然后溫度提高到500℃，使整個混合物焦化，具有石頭般的強度。
(4)熱等靜壓成型：按過程的物理學(xué)是熱壓的不同作法。按壓力運用性質(zhì)和熱等靜壓成型過程的工藝方式，類似平常(冷處理)等靜壓成型。把等靜壓和熱壓的要素聯(lián)合實行熱等靜壓成型方法，主要由事實決定。通常熱壓耐火磚的形狀比例可能極其有限。此外，熱壓方法的不足是磚模使用期限太短，磚模污染磚坯材料等。
熱等靜壓成型在難燒結(jié)材料基礎(chǔ)上能制造形狀相對復(fù)雜的致密耐火磚，認(rèn)為是很有前途的方法。
熱等靜壓成型方法的實質(zhì)是半成品(粗坯)預(yù)先造型，安放在高溫外殼的磚箱中(例如用鋼或耐熱型難熔玻璃制的)真空處理和利用熱惰性氣體或熔化鉛，在某些場合利用易熔玻璃的壓力加以熱壓。
采用保證等靜壓力高的設(shè)備，提高成型材料溫度時，實行熱等靜壓過程。有的文獻(xiàn)介紹：溫度低于2750℃和壓力300MPa下的熱等靜壓成型方法。
最后應(yīng)當(dāng)指出熱壓比通常的燒結(jié)具有很大的潛在能力。然而需要采用復(fù)雜設(shè)備。
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