(上图)来源:亚辛嗯，无鞭笞
在COVID-19揭示了我们社会如何运作的许多事情中，耐火材料的作用是必不可少的工业在疫情爆发之初，一些国家的政府对此措手不及。
耐火材料是所有高温工业过程中必不可少的陶瓷材料，因为它们提供机械强度、防腐和隔热。然而，一些政府最初并没有将耐火材料公司指定为基本业务，耐火材料行业也是如此迅速开始通知决策者他们的重要性。
研究人员一直在研究开发更耐用耐火材料的方法，以提高行业的可持续性和成本效益。制造过程中经常受到关注的一部分是粘结剂．
许多单片耐火材料是通过将陶瓷颗粒与粘合剂或将其他材料结合在一起形成一个粘结整体的材料混合而成的。研究人员在最近的一份报告中解释说，选择粘结剂需要仔细考虑，因为它“在凝固、老化和烧制过程中会决定性地影响陶瓷体成分中的化学成分。”开放获取的纸．
研究人员来自德国科布伦茨-兰道大学。在他们的论文中，他们评估了几种类型的粘结剂对整体耐火材料的机械、化学和热性能的影响，以发展“粘结机理的基本理解和粘结剂的目标用途”。
粘接系统和粘合剂类型
他们首先解释耐火材料应用的粘合系统可以分为冷粘合或热粘合。在热键合中，陶瓷颗粒在高温下烧结过程中形成键合相。换句话说，不需要在热键合系统中添加粘合剂。相反，冷粘合系统总是需要添加粘合剂。
冷粘合系统中的粘合剂分为有机粘合剂、液压粘合剂或化学粘合剂。有机粘结剂主要用作在燃烧过程中分解的临时粘结剂，而水硬性粘结剂的粘结效果基于互锁水合物相的形成。
无机粘合剂是最可能影响陶瓷体内化学成分的粘合剂。它们的粘结效果是基于与陶瓷颗粒或粘结剂内部的化学反应。因此，研究人员在论文的其余部分集中研究无机粘合剂。
无机粘合剂：磷酸盐和硅酸盐
磷酸盐和硅酸盐通常用作无机粘合剂，因为这些材料网络形成物也就是说，它们对于促进材料结构的形成至关重要。
磷酸键合机理一般包括三个反应步骤:
- 结合是由磷酸盐和陶瓷氧化物之间的酸碱反应开始的，这导致形成网状磷酸盐。
- 当温度低于800°C时，由于磷酸盐的缩合和聚合反应，提高了键合效果。
- 800℃以上的高温反应可形成结晶度更高的烧结磷酸盐。同时，陶瓷氧化物发生烧结，导致磷酸盐键合合并到陶瓷键合中，从而实现永久键合。
只有某些磷酸盐，如磷酸铝，才能产生键合效果。惰性磷酸盐，如钙或镁磷酸盐，不与陶瓷氧化物反应，因此不能产生成键网络。
耐火材料应用中使用的主要硅酸盐无机粘合剂是水玻璃，即水溶性硅酸钠或硅酸钾。这些水玻璃可作为胶体溶液或干粉使用。
水玻璃粘结剂的固化可以由不同的反应途径引起，但最简单的固化是由热激活的。在这种情况下，水玻璃系统的热脱水导致缩聚，形成无定形三维粘结剂框架。
研究人员在论文中花了很大一部分时间深入研究了在这些键合过程中化学设置和强度发展是如何发生的。他们结合使用互补的X射线粉末衍射和核磁共振光谱分析以及宏观性能研究（例如，冷弯强度测量和耐酸性）。
他们得出结论，他们观察到的相关性“允许提取原材料-粘合剂组合的选择性和系统性范围的关键步骤，以调整具有定制特性的材料”，与通常的试错法形成对比。因此，他们写道，这项研究“为材料设计带来了更有效的方法”。
这篇开放获取的论文发表在材料,是“耐火材料用无机化学粘合剂的结构-性能和功能“（内政部：10.3390/ma14164636）。