焙烧过程中粘结剂的迁移

三禾炭素

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---题记

在炭素材料或陶瓷制品的焙烧工艺中，粘结剂的迁移是导致制品轴向和径向性能不均匀的关键因素之一。这种迁移行为不仅影响材料的致密化过程，还可能引起内部应力分布不均，进而降低制品的机械强度和热稳定性。因此，深入理解粘结剂的迁移规律，对优化焙烧工艺、提高产品质量具有重要意义。

1. 粘结剂迁移的阶段划分

粘结剂的迁移过程可分为两个阶段：

第一阶段（混捏阶段）：在混捏过程中，粘结剂在机械力的作用下初步分布并填充骨料颗粒间的孔隙，此时迁移主要由剪切力和毛细作用驱动。

第二阶段（焙烧阶段）：随着温度升高，粘结剂发生软化、熔融和热解，并在温度梯度和重力作用下发生显著迁移。本部分主要探讨焙烧阶段的迁移行为。

2. 温度对粘结剂迁移的影响

粘结剂的迁移行为与温度密切相关：

起始迁移温度（~120℃）：当温度达到约120℃时，粘结剂开始软化并表现出流动性，迁移现象初步显现。

快速迁移阶段（180–200℃）：在此温度区间，粘结剂的黏度显著降低，迁移速率急剧增加，并在180–200℃范围内达到峰值。

迁移终止温度（>230℃）：当温度超过230℃后，粘结剂发生热解或碳化，流动性大幅降低，迁移过程基本停止。

3. 粘结剂迁移的选择性

在迁移过程中，粘结剂的不同组分表现出差异性迁移行为。由于轻质组分（如低分子量有机物）具有较低的黏度和较高的挥发性，它们更容易在高温下优先迁移，而重组分（如沥青质）则倾向于滞留在原位置。这种选择性迁移可能导致制品内部成分分布不均，影响最终性能。

4. 粘结剂迁移的方向性

液态粘结剂的迁移主要受重力影响，表现为由上至下的轴向迁移。在竖直放置的焙烧坯体中，粘结剂会逐渐向下部富集，导致制品上、下部分的密度和强度分布不均。这一现象在大型坯体的焙烧过程中尤为显著。

5. 骨料粒度对迁移的影响

骨料的粒度组成直接影响粘结剂的迁移难易程度：

粗粒度骨料：颗粒间孔隙较大，粘结剂流动阻力较小，迁移更明显。

细粒度骨料：颗粒堆积更紧密，孔隙尺寸小，毛细作用增强，粘结剂迁移受到抑制。

6. 升温速率对迁移的调控作用

升温速率是影响粘结剂迁移程度的关键工艺参数：

慢速升温：延长了粘结剂在熔融状态下的停留时间，迁移程度加剧。

快速升温：可缩短粘结剂在低黏度状态下的持续时间，减少迁移量。

因此，在焙烧的低温阶段（<200℃），适当提高升温速率有助于抑制粘结剂迁移，从而提高制品的均匀性。

7.工艺优化的作用

粘结剂的迁移行为受温度、骨料粒度、升温速率等多因素影响。为减少迁移带来的负面影响，可采取以下措施：

1. 优化升温制度：在120–200℃范围内采用较快升温速率，减少粘结剂迁移时间。

2. 调整骨料级配：适当增加细颗粒比例，利用毛细作用抑制迁移。

3. 改进粘结剂配方：采用高残炭率或改性粘结剂，降低低分子组分的迁移倾向。

通过合理调控这些因素，可有效改善焙烧制品的均匀性，提升产品的性能。