高質(zhì)量的氧化鋁空心球是怎么形成的？

空心球的形成過程是氧化鋁熔液在高壓空氣噴吹下，在很短的時間內(nèi)(10~30s)完成的。成球過程實際上也是一個快速的冷卻、收縮過程。氧化鋁的熔點為2050℃，適于吹球的溫度應(yīng)高于熔點200~300℃，即需加熱到2200~2300℃。如果熔液的溫度低、黏度大，就容易吹成厚壁球或蜂窩狀空心球。

吹制氧化鋁空心球分3個階段：

一是熔化階段，提高溫度、降低熔液黏度;

二是吹球階段;

三是冷卻固化階段。

氧化鋁空心球形成的機(jī)理是一個氧化鋁高溫熔液經(jīng)噴吹后的快速冷卻的體積收縮變化過程。這個過程是氧化鋁熔液在高壓空氣的噴吹作用下，被吹散成無數(shù)小液滴。這些小液滴在空中，以拋物線的路線落下。在這個運(yùn)動過程中，小液滴在表面張力和離心力的作用下，首先形成一個小圓球。當(dāng)小圓球受到驟冷，表面瞬時產(chǎn)生固化，而球體內(nèi)部仍處于液體狀態(tài)，在離心力作用下，同時熔液又產(chǎn)生很大的體積收縮，使熔液很快地、很均勻地凝固在空心球外殼上，從而完成了空心球的整個成球過程。

空心球內(nèi)部縮孔(收縮)，是來自氧化鋁在加熱過程中的體積膨脹。氧化鋁雖然在加熱到1800℃時只有1.6%~1.8%的線膨脹，但當(dāng)氧化物加熱到熔點溫度時，當(dāng)物質(zhì)由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合鄷r，會產(chǎn)生20%~40%的體積膨脹。這種體積膨脹是與分子的化學(xué)鍵有關(guān)。當(dāng)分子中的化學(xué)鍵如離子鍵分量越大，熔液的體積與固體的體積差越大，反之共價鍵分量越大，則體積差越小。氧化鋁由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合鄷r，摩爾體積約有23.5%的膨脹。所以熱脹冷縮是形成氧化鋁空心球的根本原因。這與生產(chǎn)熔鑄磚易產(chǎn)生縮孔的道理是一樣的。

吹制氧化鋁空心球時，氧化鋁的熔液溫度波動在2200?2300℃。髙溫液體狀態(tài)的氧化鋁有更大的熱膨脹率。高溫液體的線膨脹系數(shù)一般是固體狀態(tài)的3倍。

高溫液體的內(nèi)部含有一定的氣體分壓，這種分壓加速高溫液體的膨脹，是促進(jìn)氧化鋁空心球形成的重要因素。從電熔剛玉塊料中可以看到有大量蜂窩狀的氣孔。測定顆粒狀電熔剛玉砂(3?5mm)的顯氣孔率也在10%?15%左右。由此，可以說明熔液內(nèi)部有較大的氣體分壓存在。'

形成高溫熔液內(nèi)部的氣體分壓主要有兩個方面：其一是在電熔過程中，在加入粉狀工業(yè)氧化鋁時，在操作時帶入的部分空氣，經(jīng)電熔后仍有部分氣體殘留在高溫熔液內(nèi)，在冷卻過程中形成蜂窩狀氣孔;其二是在電熔過程中，各種氧化物特別是低熔點氧化物，在電熔過程中，逐漸提高揮發(fā)速度。這種熔液的揮發(fā)可以增加液體內(nèi)部的氣體分壓。如氧化鋁在1750℃以上就開始有揮發(fā)，到2300℃以上揮發(fā)量增大。

在電熔過程中，工業(yè)氧化鋁中的二氧化硅雜質(zhì)將有30%~40%被揮發(fā)，其他低熔點的雜質(zhì)如鉀、鈉、硼等氧化物更有較大的比例被揮發(fā)。上述這些氣體由于受到高溫熔液流動性差的限制，部分氣體無法排除，從而使熔液內(nèi)部的氣體分壓增加。當(dāng)吹球時，殘留在液滴內(nèi)部的氣體使液滴的體積膨脹，這對氧化鋁空心球形成和薄壁化很有促進(jìn)作用。測定Ф5mm和Ф0.5mm空心球成球后內(nèi)部縮孔的體積分別為74.8%和71.1%(相當(dāng)于體積收縮)。這樣大的縮孔形成的根本原因就是物料的加熱膨脹和液體內(nèi)部氣體分壓增加的結(jié)果。