硅溶胶
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图4 莫来石前驱体粉的TG/DSC图
硅溶胶能与A12O3反应生成莫来石。制备方法不同， 生成莫来石的温度不同。
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Байду номын сангаас
硅溶胶高温下与氧化镁的反应
文献：硅溶胶结合镁质耐火浇注料的显微结构和性 能
主要研究了在镁质耐火浇注料中用硅溶胶代替硅微粉 后对镁橄榄石（Mg2SiO4）形成的影响。
硅溶胶高温下与氧化铝的反应
利用硅溶胶凝胶化在氧化铝颗粒表面形成纳 米包覆微复合结构，来制备莫来石。
凝胶注模成型：
经1350℃热处理2h后，凝胶注模成型坯体中 分布于A12O3周围的无定型纳米SiO2转变为 方石英相，莫来石尚未形成；经1400℃热处 理2h后，坯体中开始出现莫来石相，1450℃ 形成较多莫来石，但反应尚未完成，其中仍 有方石英相和刚玉相存在；经1600℃热处理 2h后，方石英相消失，表明莫来化过程己完 成。
结果表明，试样在1200℃烧结后开始生成镁橄榄石结 合相，在1400℃烧成，镁橄榄石量增加，而且镁橄榄 石的峰强要高于添加硅微粉的试样。
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硅溶胶的应用
因为硅溶胶成膜后具有极好的耐水、耐高温和耐腐蚀 性，因此被广泛应用于涂料行业。但由于硅溶胶中的 Si-O键的刚性较强，无变形能力，成膜过程中体积收 缩较大，容易出现裂缝、微孔龟裂等不良缺陷。
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硅溶胶的应用
文献：硅溶胶型壳经高温作用后的形态和强度变化
原料：硅溶胶、煤矸石粉砂 煤矸石是铝硅系的耐火材料，主要成分为SiO2和Al2O3，
另外还含有一些氧化物杂质成分。硅溶胶中的SiO2质 量分数为31.00%，硅溶胶中也含有质量分数为0.35% 的碱性氧化物Na2O。
表1 煤矸石粉砂的主要成分
这是因为在坯体中形成少量的铝硅 凝胶，这种铝硅凝胶在1100 ℃左右 开始形成莫来石，在1250 ℃左右可 完全转化成莫来石。
图3 不同烧结温度下XRD图谱
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硅溶胶高温下与氧化铝的反应
溶胶-凝胶法制备莫来石： 莫来石的形成过程：
前驱体（γ- A12O3 、无定型SiO2） →Al-Si尖晶石→莫来石
Si OH+HO Si
Si O Si +nH2O
形成硅氧烷网络结构。通过干燥或烧结处理，胶体粒子以化学健(Si-O-Si)相结 合，形成稳定的空间网络结构，将 Al2O3颗粒牢固结合在一起，并在 Al2O3颗粒 表面形成纳米包覆的微复合结构。
图1 纳米SiO2包覆A12O3微复合结构形成示意图
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硅溶胶的基本性质
当加热到110℃时，硅溶胶中的自由水已经完全失去，当 加热到140~220℃时，硅溶胶脱附物理吸附水。当温度升 高到400~700℃时，硅溶胶中二氧化硅粒子表面硅醇间缩 聚失水，即脱出化学吸附水，失水的硅凝胶变成了无定形 SiO2 。
硅溶胶化学均匀性好﹑纯度高﹑颗粒细﹑活性高、原料廉 价，且硅溶胶是阴离子骨架无机高分子化合物， 对铝离子 有特殊的反应能力与吸附作用。
为了防止硅溶胶涂膜在硬化过程中发生脆裂，一般在 无机涂料中添加纤维或纤维状填料，或者用有机高分 子成膜物改性，使有机树脂填充在-Si-O-Si-网状结构 的间隙中，屏蔽残存的羟基，减少涂膜对水的敏感程 度，弛缓涂膜在冷热交替时的伸缩作用，提高涂膜的 韧性、抗冲击性和耐水性等。
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硅溶胶高温下与氧化铝的反应
硅溶胶的表面层由许多硅烷醇基(-SiOH)和羟基(-OH)所覆盖，硅溶胶与 Al2O3 微粉混合时，胶体粒子可吸附在Al2O3颗粒表面，形成单层饱和分布，同时填充 于Al2O3颗粒间隙，硅溶胶凝胶化导致纳米粒子表面硅烷醇基团间发生缩合反应：
图2 不同烧结温度下XRD图谱
文献：硅溶胶分散氧化铝浆料的稳定机理及免脱气胶态原位凝固 成型制备莫来石陶瓷研究
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硅溶胶高温下与氧化铝的反应
水解反应诱导凝固成型：
在1300℃时，坯体中己开始形成莫 来石，1350℃时己形成较多的莫来 石，在1500℃时,莫来石化过程全部 完成。
表2 型壳表面形态变化处的能谱分析
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结论
硅溶胶的表面层由许多硅烷醇基(-SiOH)和羟基(-OH) 所覆覆结盖构， ，经 在干 高燥 温或 下烧能结与作A1用2O能3、与MAg1O2O反3、应M，g生O成形莫成来包 石和镁橄榄石。
硅溶胶在高温焙烧中还会与Fe、Mg、Ca、Na、K等 元素反应生成低熔点物质，从而影响材料的表面结 构和性能。
量的水及羟基，因此硅溶胶的表达式为SiO2·nH2O。硅溶胶的胶体粒子 非常的小，所以有着相当大的表面积。胶体粒子是无色透明的，因此 不会影响覆盖物的本色。粘度较低，水能渗透的地方都能渗透，因此， 和其他物质混合时，分散性和渗透性都非常好。 化学性质： 当硅溶胶水分子被蒸发后，胶体粒子能牢固的附着在物体表面，粒子 间形成硅氧结合，是很好的粘合剂。由于硅溶胶具有较均匀的粒径范 围、较大的比表面积和较丰富的表面硅醇羟基，因此表现出很高的化 学活性。硅溶胶的胶粒之间可以相互作用发生脱水缩合成网状，也可 以与有些物体表面作用变成无机硅膜，因而在许多工业领域得到应用。
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硅溶胶的简介
硅溶胶的胶团结构用以下化学式表示：
{[SiO2]m ·nSiO32- ·2(n-x)H+}2x- ·2xNa+
胶核
吸附层
扩散层
胶粒
胶团
式中：m，n很大，而且m<<n。
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硅溶胶的基本性质
物理性质： 硅溶胶属于胶体溶液，无臭、无毒。因为硅溶胶中的二氧化硅含有大
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硅溶胶的应用
当焙烧温度为1 000℃和 1 200℃时，型壳X射线 衍射分析图谱的物相衍 射峰重合，含量基本一 致，型壳的基本物相包 括莫来石、方石英、氧 化铝和玻璃相。
图5 型壳物相的XRD图谱
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硅溶胶的应用
高温焙烧型壳后发现，焙烧温度低于1 300℃时，型壳 表面形态无明显变化；但1 300℃以上时，随着温度升 高，试样颜色明显由白变黄，并出现斑点，同时温度 越高，试样变形越大，表面形态变化越明显，特别是 焙烧温度高于1 500℃的试样已经互相粘结。
硅溶胶的物理与化 学性质介绍
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目录
硅溶胶的简介
硅溶胶的基本性质
硅溶胶高温下与氧化铝的反应
硅溶胶高温下与氧化镁的反应
硅溶胶的应用
结论
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硅溶胶的简介
硅溶胶是二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶 体溶液，又叫做硅酸溶液，或二氧化硅水溶液，是一 种用途广泛的新型化工原料。硅溶胶的外观为乳白色 半透明的胶体溶液，多成稳定的碱性，少数呈酸性。 硅溶胶中SiO2的浓度一般为10%~35%，浓度高时可达 50%。硅溶胶粒子比表面积为50~400m2/g，粒径范围 一般在5~100nm，即处于纳米尺度，与一般晶粒为 0.1~10μm的乳液相比，其颗粒要小得多。
硅溶胶能与A12O3反应生成莫来石。制备方法不同， 生成莫来石的温度不同。
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硅溶胶高温下与氧化镁的反应
文献：硅溶胶结合镁质耐火浇注料的显微结构和性 能
主要研究了在镁质耐火浇注料中用硅溶胶代替硅微粉 后对镁橄榄石（Mg2SiO4）形成的影响。
硅溶胶高温下与氧化铝的反应
利用硅溶胶凝胶化在氧化铝颗粒表面形成纳 米包覆微复合结构，来制备莫来石。
凝胶注模成型：
经1350℃热处理2h后，凝胶注模成型坯体中 分布于A12O3周围的无定型纳米SiO2转变为 方石英相，莫来石尚未形成；经1400℃热处 理2h后，坯体中开始出现莫来石相，1450℃ 形成较多莫来石，但反应尚未完成，其中仍 有方石英相和刚玉相存在；经1600℃热处理 2h后，方石英相消失，表明莫来化过程己完 成。
结果表明，试样在1200℃烧结后开始生成镁橄榄石结 合相，在1400℃烧成，镁橄榄石量增加，而且镁橄榄 石的峰强要高于添加硅微粉的试样。
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硅溶胶的应用
因为硅溶胶成膜后具有极好的耐水、耐高温和耐腐蚀 性，因此被广泛应用于涂料行业。但由于硅溶胶中的 Si-O键的刚性较强，无变形能力，成膜过程中体积收 缩较大，容易出现裂缝、微孔龟裂等不良缺陷。
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文献：硅溶胶型壳经高温作用后的形态和强度变化
原料：硅溶胶、煤矸石粉砂 煤矸石是铝硅系的耐火材料，主要成分为SiO2和Al2O3，
另外还含有一些氧化物杂质成分。硅溶胶中的SiO2质 量分数为31.00%，硅溶胶中也含有质量分数为0.35% 的碱性氧化物Na2O。
表1 煤矸石粉砂的主要成分
这是因为在坯体中形成少量的铝硅 凝胶，这种铝硅凝胶在1100 ℃左右 开始形成莫来石，在1250 ℃左右可 完全转化成莫来石。
图3 不同烧结温度下XRD图谱
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硅溶胶高温下与氧化铝的反应
溶胶-凝胶法制备莫来石： 莫来石的形成过程：
前驱体（γ- A12O3 、无定型SiO2） →Al-Si尖晶石→莫来石
Si OH+HO Si
Si O Si +nH2O
形成硅氧烷网络结构。通过干燥或烧结处理，胶体粒子以化学健(Si-O-Si)相结 合，形成稳定的空间网络结构，将 Al2O3颗粒牢固结合在一起，并在 Al2O3颗粒 表面形成纳米包覆的微复合结构。
图1 纳米SiO2包覆A12O3微复合结构形成示意图
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硅溶胶的基本性质
当加热到110℃时，硅溶胶中的自由水已经完全失去，当 加热到140~220℃时，硅溶胶脱附物理吸附水。当温度升 高到400~700℃时，硅溶胶中二氧化硅粒子表面硅醇间缩 聚失水，即脱出化学吸附水，失水的硅凝胶变成了无定形 SiO2 。
硅溶胶化学均匀性好﹑纯度高﹑颗粒细﹑活性高、原料廉 价，且硅溶胶是阴离子骨架无机高分子化合物， 对铝离子 有特殊的反应能力与吸附作用。
为了防止硅溶胶涂膜在硬化过程中发生脆裂，一般在 无机涂料中添加纤维或纤维状填料，或者用有机高分 子成膜物改性，使有机树脂填充在-Si-O-Si-网状结构 的间隙中，屏蔽残存的羟基，减少涂膜对水的敏感程 度，弛缓涂膜在冷热交替时的伸缩作用，提高涂膜的 韧性、抗冲击性和耐水性等。
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硅溶胶高温下与氧化铝的反应
硅溶胶的表面层由许多硅烷醇基(-SiOH)和羟基(-OH)所覆盖，硅溶胶与 Al2O3 微粉混合时，胶体粒子可吸附在Al2O3颗粒表面，形成单层饱和分布，同时填充 于Al2O3颗粒间隙，硅溶胶凝胶化导致纳米粒子表面硅烷醇基团间发生缩合反应：
图2 不同烧结温度下XRD图谱
文献：硅溶胶分散氧化铝浆料的稳定机理及免脱气胶态原位凝固 成型制备莫来石陶瓷研究
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水解反应诱导凝固成型：
在1300℃时，坯体中己开始形成莫 来石，1350℃时己形成较多的莫来 石，在1500℃时,莫来石化过程全部 完成。
表2 型壳表面形态变化处的能谱分析
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结论
硅溶胶的表面层由许多硅烷醇基(-SiOH)和羟基(-OH) 所覆覆结盖构， ，经 在干 高燥 温或 下烧能结与作A1用2O能3、与MAg1O2O反3、应M，g生O成形莫成来包 石和镁橄榄石。
硅溶胶在高温焙烧中还会与Fe、Mg、Ca、Na、K等 元素反应生成低熔点物质，从而影响材料的表面结 构和性能。
量的水及羟基，因此硅溶胶的表达式为SiO2·nH2O。硅溶胶的胶体粒子 非常的小，所以有着相当大的表面积。胶体粒子是无色透明的，因此 不会影响覆盖物的本色。粘度较低，水能渗透的地方都能渗透，因此， 和其他物质混合时，分散性和渗透性都非常好。 化学性质： 当硅溶胶水分子被蒸发后，胶体粒子能牢固的附着在物体表面，粒子 间形成硅氧结合，是很好的粘合剂。由于硅溶胶具有较均匀的粒径范 围、较大的比表面积和较丰富的表面硅醇羟基，因此表现出很高的化 学活性。硅溶胶的胶粒之间可以相互作用发生脱水缩合成网状，也可 以与有些物体表面作用变成无机硅膜，因而在许多工业领域得到应用。
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硅溶胶的胶团结构用以下化学式表示：
{[SiO2]m ·nSiO32- ·2(n-x)H+}2x- ·2xNa+
胶核
吸附层
扩散层
胶粒
胶团
式中：m，n很大，而且m<<n。
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硅溶胶的基本性质
物理性质： 硅溶胶属于胶体溶液，无臭、无毒。因为硅溶胶中的二氧化硅含有大
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当焙烧温度为1 000℃和 1 200℃时，型壳X射线 衍射分析图谱的物相衍 射峰重合，含量基本一 致，型壳的基本物相包 括莫来石、方石英、氧 化铝和玻璃相。
图5 型壳物相的XRD图谱
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硅溶胶的应用
高温焙烧型壳后发现，焙烧温度低于1 300℃时，型壳 表面形态无明显变化；但1 300℃以上时，随着温度升 高，试样颜色明显由白变黄，并出现斑点，同时温度 越高，试样变形越大，表面形态变化越明显，特别是 焙烧温度高于1 500℃的试样已经互相粘结。
硅溶胶的物理与化 学性质介绍
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目录
硅溶胶的简介
硅溶胶的基本性质
硅溶胶高温下与氧化铝的反应
硅溶胶高温下与氧化镁的反应
硅溶胶的应用
结论
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硅溶胶的简介
硅溶胶是二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶 体溶液，又叫做硅酸溶液，或二氧化硅水溶液，是一 种用途广泛的新型化工原料。硅溶胶的外观为乳白色 半透明的胶体溶液，多成稳定的碱性，少数呈酸性。 硅溶胶中SiO2的浓度一般为10%~35%，浓度高时可达 50%。硅溶胶粒子比表面积为50~400m2/g，粒径范围 一般在5~100nm，即处于纳米尺度，与一般晶粒为 0.1~10μm的乳液相比，其颗粒要小得多。