密度、导热率、热膨胀率和烧失量LOI

铸造涂料中粉料（包括主体粉料和辅助粉料）的物理、化学性质对涂料的最终使用效果有重要影响，决定了涂料能否起到抗粘砂、提高铸件表面质量的作用。对于功能性涂料来说，还决定了是否可以发挥其应有的特定功能。

从耐火材料学的角度，耐火粉料的物化性能有很多，笔者将分几个章节介绍其中对铸造涂料性能有重要影响的物化性能，其目录列于右边（手机读者见下部）。

密度

耐火粉料的密度系指单位体积粉料的质量，分为颗粒密度、真密度、堆密度、紧实密度等。各种密度定义如下：

1. 颗粒密度：指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内的颗粒体积，求得的密度。即排除粒子之间的空隙，但不排除粒子本身的细小孔隙，求得的粒子本身的密度。

2. 真密度：指粉体质量除以不包括颗粒内外空隙的体积（真实体积），求得的密度。即排除所有的空隙占有的体积后，求得的物质本身的密度。

3. 堆密度：又称松密度，指粉体质量除以该粉体所占容器的体积，求得的密度。其所用的体积包括粒子本身的孔隙以及粒子之间空隙在内的总体积。

4. 紧实密度：又称紧堆密度或振实密度，指以一定方法将颗粒填充到容器中，之后让容器按一定规律振动（也可以用手在台面上不停地震动），尽量压缩颗粒之间的空隙，最终达到颗粒之间的空隙无法再缩小的程度。这时测量容器中颗粒的质量和体积，从而算出该粉体材料的紧实密度或振实密度。

铸造涂料中我们一般更多关注粉料的真密度和紧实密度。粉料的真密度数据对耐火原料质量的评价有特殊意义。各种矿物的真密度是特定的，当已知原料的化学组成时，可以根据真密度指标判断某种矿物相的纯度或者晶型转变的程度比例等，从而推断原料的煅烧情况及今后使用中可能产生的变化。一般来说，材料的体积密度高，对其强度、抗侵蚀性、耐磨性、荷重软化温度有利，通常情况下，同种材料，密度大的一般其导热性也强。相对于真实密度，紧堆密度测量简单，与真密度有一定的对应关系，同样粒度的粉料，紧堆密度越大，则真密度越大。

热导率或导热率

热导率是衡量物质导热能力的一个物理量，指物质在单位温度梯度下每单位时间内在单位面积上所能传递的热量。导热性与材料本身的性质和矿物组成有关，同一种材料，其导热系数与耐火产品的孔隙率密切相关。具有大孔隙率的耐火材料具有低导热率。在耐火材料的矿物组合物中，晶体结构越复杂，导热率越低，杂质成分越多，导热率越低。耐火材料的生产工艺也影响其导热性能，经电熔加工的材料，如白刚玉和电熔镁砂粉，其导热系数就高于煅烧铝矾土、重烧镁。

热导率高的骨料，有利于涂层对金属液体的冷却，提高涂料的抗粘砂性能。热导率低的骨料，有助于阻挡和延缓金属液体的热作用对型芯的冲击，降低砂型芯内部的应力，降低出现脉纹和毛刺缺陷的可能性。

粉料的热导率与其密度有一定的对应关系，同一种成分的粉料，堆积密度越低，则其隔热性能越好。比如，硅藻土、云母粉及膨胀珍珠岩等用于防脉纹涂料的粉料，可以将其堆积密度和松散密度作为衡量其隔热性能的采购验收指标。

耐火材料的热膨胀

在耐火材料的使用过程中，随着温度的升高，耐火材料的主晶相与基体之间的原子非谐振动增加了物体中的原子间距，引起体积膨胀，这被称为耐火材料的热膨胀。

耐火材料的热膨胀通常用线性膨胀系数表示。固体物质的温度每改变1摄氏度时，其长度的变化和它在原温度（不一定为0℃）时长度之比，叫做“线性膨胀系数”。

耐火材料的热膨胀与耐火材料的晶体结构有关。在晶体结构中，形成晶体的键能决定了热膨胀系数。例如，在MgO和Al₂O₃的晶体结构中，氧离子紧密堆积。在耐火材料被加热后，氧离子的相互热振动导致耐火材料的热膨胀率变大。结构上高度各向异性的耐火材料具有低的热膨胀系数。

线膨胀系数小的粉料，在浇注后涂层因为温度剧变而破裂的可能性小，有利于提高铸件表面质量。

灼烧减量LOI

灼烧减量，又称烧失量（LOI，Loss on ignition），是指经过在105—110℃烘干失去外在水分的原料，在一定的高温条件下灼烧足够长的时间后失去的质量占原（烘干后）样品质量的百分比。这里的高温环境随着不同行业的特点，在各个行业的技术标准中有详细的规定，铸造涂料粉料的灼烧温度一般为1000℃。原料烧失量的分析有其特殊意义。它表征原料加热后物理蒸发或化学分解释放出来的气态产物（如内在水、SO₂、CO₂等）的多少，例如加热到1000℃，原料中所含的105—110℃温度范围内烘干没有蒸发的内在水分，会蒸发出来；原料中所含的那些升华点低于1000℃的物质，会在1000℃加热条件下挥发出来；分解温度低于1000℃的某些物质会发生分解，释放出分解产生的沸点低于1000℃的物质；在有氧条件下，原料中所含的可燃物质会氧化生成气体释放出来。对于耐火骨料，通过分析烧失量，可以判断原料在使用时是否需要预先对其进行煅烧以保证原料体积稳定。

在选用耐火骨料时，应该严格控制其LOI值。对于在高温下加工出来的材料，如电熔刚玉、重烧镁，其LOI值越低越好，不能高于0.5%。有些自然界原生矿物，其中可能含有一定比例的结晶水或杂质，LOI值可以适当放宽，但也是越低越好，同时还要注意不同批次间LOI值的稳定。LOI的波动往往提示其成分和质量的变化。

涂料骨料的LOI对涂料的发气性有直接的影响。虽然骨料的LOI值不高，但由于骨料在涂料中的重量比最大，LOI值的升高也会带来涂料发气性的明显提高。

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