剛玉和碳化硅因高溫性能優(yōu)異，而成為耐火澆注料的優(yōu)質(zhì)原料。但由于剛玉和碳化硅燒結(jié)性能差，采用普通結(jié)合劑會使產(chǎn)品的高溫性能降低。如采用鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑時，低溫結(jié)合強(qiáng)度較好，但中溫強(qiáng)度差，同時由于引入一定量的CaO，會形成降低澆注料使用性能的鈣長石或鈣鋁黃長石。因此，目前廠采用添加氧化硅微粉代替水泥作結(jié)合劑生產(chǎn)低水泥、超低水泥以至無水泥澆注料。本研究采用氧化硅微粉和氧化鋁微粉以及莫來石微粉作為結(jié)合基質(zhì)，進(jìn)行莫來石結(jié)合剛玉-碳化硅無水泥澆注料的組成與性能的研究，旨在改善澆注料的燒結(jié)性能，提高澆注料的高溫力學(xué)性能和熱震穩(wěn)定性。
試驗及結(jié)果
試驗用原料
試驗所用的合成莫來石、剛玉、氧化硅微粉和碳化硅的化學(xué)組成列于表1。
試驗方案
為了使剛玉—碳化硅質(zhì)澆注料具有良好的高溫力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性和熱震穩(wěn)定性，組成和配比的設(shè)計從以下幾個方面加以考慮：
（1）合理的顆粒級配以獲得良好的作業(yè)性和高致密度：
（2）在基質(zhì)中反應(yīng)生成的新結(jié)合相為莫來石高溫相，提高澆注料的高溫強(qiáng)度。
（3）在加熱過程中逐漸形成良好的組織結(jié)構(gòu)，體積穩(wěn)定性和較好的抗熱震穩(wěn)性。
Uf—SiO2和活性氧化鋁微粉合理配合使用，在基質(zhì)中能形成莫來石結(jié)合相。該結(jié)合相呈網(wǎng)狀分布，能夠改善澆注料的中高溫強(qiáng)度。基質(zhì)中網(wǎng)狀莫來石結(jié)合相的形成能極大地提高試樣的熱態(tài)強(qiáng)度。一般檔氧化鋁微粉和氧化硅微粉的質(zhì)量比為2.55左右時，有利于形成莫來石。本實驗使用的氧化鋁微粉和氧化硅微粉之比接近上述比例，實際比例為2.33。
試驗中剛玉骨料為連續(xù)級配，碳化硅為＜2mm的細(xì)骨料，粉料是由氧化鋁、莫來石、氧化硅微粉組成。氧化硅微粉為煙塵粉，粒度＜1um，莫來石微粉＜5um，氧化鋁為＜44um和5um的粉料。在骨料中，碳化硅的加入量固定為10%，配料中骨料與粉料之比為65:35。而粉料中氧化鋁與氧化硅組成的混合料與合成莫來石料之比分別為25:15，20:15，15:10,20:25。其配比見表2。
表2 試驗中澆注料配料組成/%
討論
組成對性能和結(jié)構(gòu)的影響
剛玉—碳化硅質(zhì)澆注料的主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度取決于基質(zhì)的結(jié)合強(qiáng)度。因為以剛玉—碳化硅作為骨料的澆注料，其骨料顆粒之間很難燒結(jié)而結(jié)合在一起，因此，必須依靠基質(zhì)形成的結(jié)合相將其結(jié)合起來。根據(jù)上述實驗結(jié)果可知，隨著基質(zhì)中合成莫來石粉（SM）與混合粉（MP）之比的降低，也就是隨著混合粉比例的提高，物理性能有顯著的提高。這里混合粉由氧化鋁微粉和氧化硅微粉按Al2O3/SiO2為2.33組成的粉料，這類粉料在澆注料中加熱處理時可“就位”生成莫來石，在這里可稱為次生（二次）莫來石。上面試驗結(jié)果說明：次生莫來石對澆注料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于原生（合成）莫來石。這是因為次生莫來石比原生莫來石更易于在基質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更有助于提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，尤其是高溫?zé)釕B(tài)強(qiáng)度。
結(jié)論
由預(yù)合成的莫來石粉料和Al2O3/SiO2為2.33的混合粉料組成基質(zhì)的剛玉—碳化硅澆注料，其物理性能和高溫力學(xué)性能是隨著基質(zhì)中次生莫來石生成量的增加而提高。說明次生莫來石對剛玉—碳化硅澆注料性能的改善的貢獻(xiàn)大于原生莫來石。
