本发明属于微孔矾土熟料技术领域。具体涉及一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。
背景技术
耐火材料直接应用于钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷、化工、机械和电力等国民经济各个领域的高温工业生产过程中，是保证上述产业运行和技术发展必不可少的基础材料。中国是目前世界上第一大能源生产国和消费国，研究和开发高温轻量化耐火材料以降低工业炉窑能耗，对整个高温工业节能减排具有举足轻重的意义。
目前，高温轻量耐火材料技术相对滞后，在一定程度上制约了高温窑炉节能技术的发展。在现行的隔热耐火材料中，绝大多数都使用在保温层或隔热层，而未直接使用在与钢铁等高温熔体接触的工作层。究其原因，主要是由于目前所制备的隔热耐火材料显气孔率过高且孔径过大、强度较低，若在工作层使用，熔渣会较容易地通过开口气孔渗透进入耐火材料内部，对耐火材料带来毁灭性的破坏。然而，隔热耐火材料越靠近工作面，其隔热效果更加显著。因此，开展可直接用于工作层的低导热、高强、耐热震、抗侵蚀的耐火材料，已成为目前本领域所关注的重要课题之一。
近年来，世界各地开展了许多关于轻量骨料及其相应的工作衬用轻量耐火材料的研究，并报道了许多制备轻量骨料的方法，主要是通过两种方式成孔：(1)在生坯中引入某些可以占据一定空间的物质，经热处理将该物质分解或排出，从而形成孔隙，如添加造孔剂法、原位分解法、直接发泡法等。(2)通过引入添加剂或者细微颗粒而将生坯中颗粒堆积形成的孔隙保存在材料内部，如颗粒堆积法、反应结合法等。前者由于在热处理过程中物质分解及排出必然会形成的通道，孔隙以开口气孔的形式存在；后者主要是通过降低材料烧结过程中的扩散速率从而阻碍孔隙的排出，然而，由于扩散被抑制，晶界移动速率也随之降低，材料内部的孔隙也主要是显气孔。
综上所述，采用上述方法所制备的耐火骨料通常显气孔率较高、孔径较大，因此，通常强度较低、韧性和抗热震性能不佳、隔热性能不够优异、使用过程中无法抵御熔渣和高温介质的侵蚀与渗透。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种成本低和工艺简单的微-纳米复合孔矾土熟料的制备方法；用该方法制备的微-纳米复合孔矾土熟料强度高、抗热震性能好、热导率较低和抗熔渣侵蚀渗透能力强。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：以85～95质量份的矾土生料微粉、0.1～10质量份的氧化铝微粉和0.1～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～8质量份的可溶盐溶解于4～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在1550～1750℃条件下保温1～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述矾土生料微粉的al2o3含量≥45wt％；矾土生料微粉的粒径d50为1～10μm。
所述氧化铝微粉的al2o3含量≥98wt％；氧化铝微粉的粒径d50为1～8μm。
所述二氧化硅微粉的sio2含量≥90wt％，二氧化硅微粉的粒径d50为0.1～3μm。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的1～4种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本发明无需引入造孔剂，直接利用可溶盐水解反应而原位成孔，生产成本低和工艺简单。
(2)本发明引入可溶盐，可溶盐溶解于水中时发生水解，可以形成水合阳离子，该水合阳离子以四聚体或二聚体的形式存在，水合阳离子具有的架桥羟基能够相互连接，从而原位形成具有纳米孔隙的网络结构。本发明在热处理过程中，一方面，四聚体或者二聚体分解形成的纳米粒子与矾土生料微粉形成错位烧结，由于两者烧结性能的差异，在颗粒颈部形成原位应力；另一方面，引入的氧化铝微粉和二氧化硅微粉能够与矾土生料发生反应，反应过程中的体积膨胀将在材料内部形成原位相应力。上述原位应力和原位相应力均可促使纳米粒子的高温超塑性发挥，晶界快速移动，使得上述纳米孔隙被快速封闭在晶粒内部，从而形成微-纳米晶内气孔。
本发明所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.8～3.2g/cm3；显气孔率为1～10％；800℃时导热系数为2.4～4.0w·m-1·k-1；平均孔径为100～350nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为1～6％，渗透指数为7～20％。
因此，本发明成本低和工艺简单，所制备的微-纳米复合孔矾土熟料含大量微-纳米级晶内气孔，具有强度高、抗热震性能好、热导率较低和抗熔渣侵蚀渗透能力强的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述矾土生料微粉的al2o3含量≥45wt％；矾土生料微粉的粒径d50为1～10μm。
所述氧化铝微粉的al2o3含量≥98wt％；氧化铝微粉的粒径d50为1～8μm。
所述二氧化硅微粉的sio2含量≥90wt％；二氧化硅微粉的粒径d50为0.1～3μm。
实施例1
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.1～3.2g/cm3；显气孔率为1～5％；800℃时导热系数为3.8～4.0w·m-1·k-1；平均孔径为100～200nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为1～3％，渗透指数为8～11％。
实施例2
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.05～3.15g/cm3；显气孔率为2～6％；800℃时导热系数为3.7～3.9w·m-1·k-1；平均孔径为100～200nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为1～2％，渗透指数为9～12％。
实施例3
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.1～3.2g/cm3；显气孔率为2～7％；800℃时导热系数为3.6～3.8w·m-1·k-1；平均孔径为100～200nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为1～2％，渗透指数为7～10％。
实施例4
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.1～3.2g/cm3；显气孔率为2～6％；800℃时导热系数为3.7～3.8w·m-1·k-1；平均孔径为100～200nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为1～3％，渗透指数为8～11％。
实施例5
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.1～3.2g/cm3；显气孔率为4～7％；800℃时导热系数为3.2～3.4w·m-1·k-1；平均孔径为150～250nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为2～3％，渗透指数为11～14％。
实施例6
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.0～3.1g/cm3；显气孔率为3～6％；800℃时导热系数为3.4～3.6w·m-1·k-1；平均孔径为150～300nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为2～4％，渗透指数为12～15％。
实施例7
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.0～3.15g/cm3；显气孔率为3～7％；800℃时导热系数为3.3～3.5w·m-1·k-1；平均孔径为150～250nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为3～5％，渗透指数为9～12％。
实施例8
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将0.1～4质量份的可溶盐溶解于4～7质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.95～3.05g/cm3；显气孔率为3～6％；800℃时导热系数为3.5～3.7w·m-1·k-1；平均孔径为150～300nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为3～5％，渗透指数为10～13％。
实施例9
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.85～3.05g/cm3；显气孔率为5～9％；800℃时导热系数为2.8～3.0w·m-1·k-1；平均孔径为200～300nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为3～5％，渗透指数为15～18％。
实施例10
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.85～3.1g/cm3；显气孔率为6～9％；800℃时导热系数为2.9～3.1w·m-1·k-1；平均孔径为150～250nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为3～6％，渗透指数为16～18％。
实施例11
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.95～3.15g/cm3；显气孔率为5～8％；800℃时导热系数为3.0～3.2w·m-1·k-1；平均孔径为150～250nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为3～5％，渗透指数为13～16％。
实施例12
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以85～90质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为3.0～3.15g/cm3；显气孔率为6～8％；800℃时导热系数为3.1～3.3w·m-1·k-1；平均孔径为200～300nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为4～5％，渗透指数为14～17％。
实施例13
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的一种。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.8～3.05g/cm3；显气孔率为6～10％；800℃时导热系数为2.4～2.6w·m-1·k-1；平均孔径为150～300nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为4～5％，渗透指数为17～20％。
实施例14
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、0.1～5质量份的氧化铝微粉和5～10质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在100～130mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的二种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.8～2.95g/cm3；显气孔率为7～10％；800℃时导热系数为2.5～2.7w·m-1·k-1；平均孔径为150～300nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为4～6％，渗透指数为18～20％。
实施例15
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在150～200℃条件下干燥12～24小时，在1550～1650℃条件下保温4～8小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的三种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.9～3.15g/cm3；显气孔率为7～10％；800℃时导热系数为2.7～2.9w·m-1·k-1；平均孔径为200～350nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为5～6％，渗透指数为17～19％。
实施例16
一种微-纳米复合孔矾土熟料及其制备方法。以90～95质量份的矾土生料微粉、5～10质量份的氧化铝微粉和0.1～5质量份的二氧化硅微粉为原料；先将4～8质量份的可溶盐溶解于7～10质量份的水中，得到盐溶液；再将所述原料与所述盐溶液在行星球磨机中混合均匀，得到混合料；然后将所述混合料在120～150mpa条件下机压成型，得到生坯；将所述生坯在110～160℃条件下干燥24～36小时，在1650～1750℃条件下保温1～5小时，即得微-纳米复合孔矾土熟料。
所述可溶盐为氯化铝、硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁、四氯化锆、氯氧化锆、硝酸氧锆、硫酸锆、碳酸锆铵、硝酸锆和氯化钛中的四种物质的混合物。
本实施例所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.9～3.1g/cm3；显气孔率为6～10％；800℃时导热系数为2.6～2.8w·m-1·k-1；平均孔径为200～350nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为5～6％，渗透指数为18～20％。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本具体实施方式无需引入造孔剂，直接利用可溶盐水解反应而原位成孔，生产成本低和工艺简单。
(2)本具体实施方式引入可溶盐，该盐溶解于水中时发生水解可以形成四聚体或者二聚体的水合阳离子，该聚体具有的架桥羟基能够相互连接，从而原位形成具有纳米孔隙的网络结构。在热处理过程中，一方面，四聚体或者二聚体分解形成的纳米粒子与矾土生料微粉形成错位烧结，由于两者烧结性能的差异，在颗粒颈部形成原位应力；另一方面，引入的氧化铝和二氧化硅微粉能够与矾土生料发生反应，反应过程中的体积膨胀将在材料内部形成原位相应力。上述原位应力和原位相应力均可促使纳米粒子的高温超塑性发挥，晶界快速移动，使得上述纳米孔隙被快速封闭在晶粒内部，从而形成微-纳米晶内气孔。
本具体实施方式所制备的微-纳米复合孔矾土熟料经检测：体积密度为2.8～3.2g/cm3；显气孔率为1～10％；800℃时导热系数为2.4～4.0w·m-1·k-1；平均孔径为100～350nm；1600℃浸泡法抗渣实验侵蚀指数为1～6％，渗透指数为7～20％。
因此，本具体实施方式成本低和工艺简单，所制备的微-纳米复合孔矾土熟料含大量微-纳米级晶内气孔，具有强度高、抗热震性能好、热导率较低和抗熔渣侵蚀渗透能力强的特点。