硅溶胶又称硅酸溶胶，为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，也是一种硅酸多分子聚合物形成的胶体溶液。由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为mSiO2.nH2O或SiO2·xH2O。
硅溶胶的产品性能随用途不同而异，溶胶中的SiO2含量可在15%~50%波动。（pH值在4～8之间时就变得不稳定，胶粒之间聚结最终变成为凝胶；pH值大于10.5时，也不稳定，容易出现凝胶）。
硅溶胶具有较强的吸附性能和较好的粘结性能，失水温度范围宽，且失水过程不会破坏结合强度，反而会使其三维结构更加稳定，产生更高的结合强度。硅溶胶作为结合剂，克服了水泥结合耐火材料中温强度显著下降的致命弱点。
（1）离子交换法：是目前技术最成熟、应用最广泛的工艺，它采用水玻璃为主要原料，使其通过强酸型阳离子交换树脂，除去水玻璃中的钠离子和其他阳离子杂质，获得稀聚硅酸溶液。反应式为：2RSiO3H++Na2O·nSiO2=2RSiO3Na++nSiO2·H2O
（2）单质硅一步溶解法：以单质硅为原料，在无机或有机碱（如纯氢氧化钠）的催化作用下，将其与纯水反应，制得硅溶胶。反应式为：mSi+(2m+n)H2O
mSiO2+(2m+n)H2↑
（3）电解电渗析法：这是一种用电化学来制备硅溶胶的方法，先在电渗析槽中加入电解质原料，通过调控电解质溶液的pH、电流密度、温度等电解电渗析反应的条件，Na+会依托电解质溶液迁移到电极的一端，而在电极的另一端会生成单硅酸H4SiO4，并在聚合反应的作用下形成晶核，在整个电解电渗析的过程中，新生成的单硅酸会吸附在晶核表面，最终形成有一定粒径大小的硅溶胶产品。
（4）酸中和法：与离子交换法相似，以水玻璃为主要原料，用离子交换树脂除去溶液中的钠离子，得到稀溶胶，制备出晶种母液。不同之处在于，酸中和法是将稀硫酸、稀盐酸等无机酸作为酸化剂和稀水玻璃直接加入到前面制备的含晶核的稀溶胶中（即酸化反应），在适当的条件下，晶核进一步长大，再经浓缩纯化即可获得硅溶胶产品。整个过程需要严格把控混合液中的Na+的浓度、加热温度、溶液的pH和加入时间等工艺条件。
除了上述几种常用的，还有很多其他硅溶胶制备方法，如硅酸乙酯水解法、用气态氟处理硅酸钠法、胶溶法、气相二氧化硅法、分散法等。
硅溶胶可作耐火材料的结合剂，对酸性、中性和碱性耐火材料均适用。硅溶胶结合耐火材料投入实际使用，迄今已有30余年。用作耐火制品的结合剂，尤其是半干法机压成型的耐火制品，可直接使用硅溶胶，而不必加其他外加剂。但用作不定形耐火材料的结合剂时，尤其是喷涂料，必须加入促硬剂来调整其凝结硬化速度。
硅溶胶的结合原理基于溶胶-凝胶技术，在凝胶化过程中，硅溶胶以枝状链与固体颗粒连接在一起，随水分的蒸发而逐渐形成凝胶。在干燥过程中，随羟基脱水形成硅氧键，构成三维网络，产生结合强度。后续烧结过程中，由于硅溶胶微粒的高活性，在较低温度下即可形成陶瓷结合而提高强度。
近年来根据不同应用区域的实际工况，开发出了一系列硅溶胶结合的耐火材料，尤其是硅溶胶结合不定形材料，典型的有：硅溶胶结合Al2O3-SiC-C质出铁沟浇注料、硅溶胶结合的炉缸浇注料、硅溶胶结合压入泥浆、窑炉内衬用硅溶胶结合刚玉莫来石浇注料、硅溶胶结合轻质保温浇注料等。
以硅溶胶结合轻质浇注料为例：利用硅溶胶中纳米SiO2与浇注料中的Al2O3在高温下反应，在基质中形成具有网状结构的莫来石晶体，克服了水泥、SiO2微粉结合的氧化铝空心球浇注料结合能力差的缺点，使浇注料不但具有良好的耐高温性能，而且具有较好的常温、高温强度，良好的抗热震性和体积稳定性。
但硅溶胶结合浇注料也存在一些缺陷：首先是不同厂家的硅溶胶结合剂稳定性和质量相差迥异。其次，硅溶胶结合初期强度较低，脱模困难。必须加入适宜的促凝剂，加速硅溶胶粒子间的缩合反应，同时促凝剂离子也能与硅溶胶形成化学键，使硅溶胶结合浇注料具有足够的脱模强度。
各种促凝剂中，对其凝胶化效果最好的是MgO，硬化速度适中；氢氧化物和盐类与溶胶粒子作用比较激烈，急剧破坏悬浮液的稳定性，浇注料凝固过快，导致试样结构疏松；柠檬酸的加入能在较宽的PH范围内降低溶胶的粘性、提高流动性，还能促进基质凝结硬化、提高试样的养护强度。
硅溶胶还常与纯铝酸钙水泥复配，既能因水泥的水化作用提高养护强度，水泥水化生成的Ca2+，又能促进硅溶胶的凝聚反应。水泥水化作用和硅溶胶的凝聚作用共同使浇注料养护后的强度大幅提高。
此外，在硅溶胶结合耐火材料中引入各种添加剂，可以显著提高材料的综合性能。比如，添加活性氧化铝微粉后，可与硅溶胶较早形成自结合莫来石，且其莫来石的形成还能为其它莫来石化过程起到晶核作用，从而提高材料的致密性和力学性能；引入Si粉可原位生成纤维交叉状Si2N2O，与莫来石增强相一道，提高材料强度、改善材料抗热震性。
内容转载自中国冶金建设协会工程材料委员会
硅溶胶又称硅酸溶胶，为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，也是一种硅酸多分子聚合物形成的胶体溶液。由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为mSiO2.nH2O或SiO2·xH2O。
硅溶胶的产品性能随用途不同而异，溶胶中的SiO2含量可在15%~50%波动。（pH值在4～8之间时就变得不稳定，胶粒之间聚结最终变成为凝胶；pH值大于10.5时，也不稳定，容易出现凝胶）。
硅溶胶具有较强的吸附性能和较好的粘结性能，失水温度范围宽，且失水过程不会破坏结合强度，反而会使其三维结构更加稳定，产生更高的结合强度。硅溶胶作为结合剂，克服了水泥结合耐火材料中温强度显著下降的致命弱点。
（1）离子交换法：是目前技术最成熟、应用最广泛的工艺，它采用水玻璃为主要原料，使其通过强酸型阳离子交换树脂，除去水玻璃中的钠离子和其他阳离子杂质，获得稀聚硅酸溶液。反应式为：2RSiO3H++Na2O·nSiO2=2RSiO3Na++nSiO2·H2O
（2）单质硅一步溶解法：以单质硅为原料，在无机或有机碱（如纯氢氧化钠）的催化作用下，将其与纯水反应，制得硅溶胶。反应式为：mSi+(2m+n)H2O mSiO2+(2m+n)H2↑
（3）电解电渗析法：这是一种用电化学来制备硅溶胶的方法，先在电渗析槽中加入电解质原料，通过调控电解质溶液的pH、电流密度、温度等电解电渗析反应的条件，Na+会依托电解质溶液迁移到电极的一端，而在电极的另一端会生成单硅酸H4SiO4，并在聚合反应的作用下形成晶核，在整个电解电渗析的过程中，新生成的单硅酸会吸附在晶核表面，最终形成有一定粒径大小的硅溶胶产品。
（4）酸中和法：与离子交换法相似，以水玻璃为主要原料，用离子交换树脂除去溶液中的钠离子，得到稀溶胶，制备出晶种母液。不同之处在于，酸中和法是将稀硫酸、稀盐酸等无机酸作为酸化剂和稀水玻璃直接加入到前面制备的含晶核的稀溶胶中（即酸化反应），在适当的条件下，晶核进一步长大，再经浓缩纯化即可获得硅溶胶产品。整个过程需要严格把控混合液中的Na+的浓度、加热温度、溶液的pH和加入时间等工艺条件。
除了上述几种常用的，还有很多其他硅溶胶制备方法，如硅酸乙酯水解法、用气态氟处理硅酸钠法、胶溶法、气相二氧化硅法、分散法等。
硅溶胶可作耐火材料的结合剂，对酸性、中性和碱性耐火材料均适用。硅溶胶结合耐火材料投入实际使用，迄今已有30余年。用作耐火制品的结合剂，尤其是半干法机压成型的耐火制品，可直接使用硅溶胶，而不必加其他外加剂。但用作不定形耐火材料的结合剂时，尤其是喷涂料，必须加入促硬剂来调整其凝结硬化速度。
硅溶胶的结合原理基于溶胶-凝胶技术，在凝胶化过程中，硅溶胶以枝状链与固体颗粒连接在一起，随水分的蒸发而逐渐形成凝胶。在干燥过程中，随羟基脱水形成硅氧键，构成三维网络，产生结合强度。后续烧结过程中，由于硅溶胶微粒的高活性，在较低温度下即可形成陶瓷结合而提高强度。
近年来根据不同应用区域的实际工况，开发出了一系列硅溶胶结合的耐火材料，尤其是硅溶胶结合不定形材料，典型的有：硅溶胶结合Al2O3-SiC-C质出铁沟浇注料、硅溶胶结合的炉缸浇注料、硅溶胶结合压入泥浆、窑炉内衬用硅溶胶结合刚玉莫来石浇注料、硅溶胶结合轻质保温浇注料等。
以硅溶胶结合轻质浇注料为例：利用硅溶胶中纳米SiO2与浇注料中的Al2O3在高温下反应，在基质中形成具有网状结构的莫来石晶体，克服了水泥、SiO2微粉结合的氧化铝空心球浇注料结合能力差的缺点，使浇注料不但具有良好的耐高温性能，而且具有较好的常温、高温强度，良好的抗热震性和体积稳定性。
但硅溶胶结合浇注料也存在一些缺陷：首先是不同厂家的硅溶胶结合剂稳定性和质量相差迥异。其次，硅溶胶结合初期强度较低，脱模困难。必须加入适宜的促凝剂，加速硅溶胶粒子间的缩合反应，同时促凝剂离子也能与硅溶胶形成化学键，使硅溶胶结合浇注料具有足够的脱模强度。
各种促凝剂中，对其凝胶化效果最好的是MgO，硬化速度适中；氢氧化物和盐类与溶胶粒子作用比较激烈，急剧破坏悬浮液的稳定性，浇注料凝固过快，导致试样结构疏松；柠檬酸的加入能在较宽的PH范围内降低溶胶的粘性、提高流动性，还能促进基质凝结硬化、提高试样的养护强度。
硅溶胶还常与纯铝酸钙水泥复配，既能因水泥的水化作用提高养护强度，水泥水化生成的Ca2+，又能促进硅溶胶的凝聚反应。水泥水化作用和硅溶胶的凝聚作用共同使浇注料养护后的强度大幅提高。
此外，在硅溶胶结合耐火材料中引入各种添加剂，可以显著提高材料的综合性能。比如，添加活性氧化铝微粉后，可与硅溶胶较早形成自结合莫来石，且其莫来石的形成还能为其它莫来石化过程起到晶核作用，从而提高材料的致密性和力学性能；引入Si粉可原位生成纤维交叉状Si2N2O，与莫来石增强相一道，提高材料强度、改善材料抗热震性。
内容转载自中国冶金建设协会工程材料委员会
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