耐火材料技術(shù)最明顯的變化趨勢是不斷地采用整體的或不定形耐火材料，如：耐火澆注料，由于在安裝方面它更快捷更便宜，在性能方面接近那些定型耐火材料，因此，現(xiàn)在許多國家耐火澆注料占總生產(chǎn)量的一半多。作為傳統(tǒng)磚替代品的這些整體耐火材料廣泛的應(yīng)用和不斷增加的需求已經(jīng)鼓勵生產(chǎn)者和研究者在高溫度的狀態(tài)下去探究它們的物理、化學(xué)和機(jī)械性能。
引入碳化硅以提高在工作條件下合成物的熱機(jī)械性能，以鋁礬土為基礎(chǔ)，含SiC澆注料的高溫強(qiáng)度和抗熱震性與這些材料的顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)澆注料試樣對在1400℃下提高抗折強(qiáng)度具有重大的影響。然而氧化的問題限制了它在耐火澆注料中的存在。目前工作的目的是用適當(dāng)數(shù)量的SiC加強(qiáng)高鋁澆注料，以便達(dá)到改善燒結(jié)、物理和耐火性能的目的。
2 材料和試驗(yàn)程序
分級的焙燒過的鋁礬土(粗顆粒65％，2.36—0.6mm；中顆粒10％，0.60—0.25mm；細(xì)粉25％，<0.25mm)被用來做最初的骨料。90％的分級骨料和10％的高鋁水泥(拉法基CA-80) 一起被用來制備澆注料。耐火澆注料配料的其它成份采用2％、4％、6％和8％的水泥和SiC一起來配制。最初材料的化學(xué)成份在表1中給出。配制的 澆注料試樣被稱為C0、C2、C4、C6和C8，分別表示含有0、2％、4％、6％和8％的SiC的澆注料。澆注料配方的份在表2中給出。
3 討論
3.1 配制澆注料的成份
燒結(jié)耐火澆注料試樣的礦物成份采用x射線衍射進(jìn)行探究，如圖1所示。從此圖中能看見檢測的澆注料試樣(無SiC)主要由a-剛玉和一些線性CA和CA2礦物組成，由于Co到C8,看見剛玉強(qiáng)度的減少CA和CA2的相，能夠檢測出有新線特征的SiC和莫來石，這在含有8%SiC的C8澆注料試樣中變得更加明顯。這意味著在1550℃燒結(jié)后，部分SiC被氧化并且一些擺動的二氧化硅與來自基質(zhì)細(xì)的氧化鋁進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)SiC的其它部分抵制氧化時導(dǎo)致了莫來石的形成。對此能夠解釋如下：當(dāng)燒結(jié)到1550℃時，SiC的一些含量是被氧化成擺動的SiO2，然后就保留在SiC顆粒的周圍形成了一個保護(hù)層，提供保護(hù)防止更進(jìn)一步的氧化。
3.2機(jī)械強(qiáng)度
在室溫20℃及在1550℃下燒結(jié)3h后配制的耐火澆注料試樣的常溫耐壓強(qiáng)度。可知通過消耗用于常溫粘結(jié)的高鋁水泥，在室溫下常溫耐壓強(qiáng)度隨著SiC含量的增加而降低。另一方面，與相對應(yīng)的未燒結(jié)的試樣相比，燒結(jié)的試樣顯示提高了常溫耐壓強(qiáng)度。這當(dāng)然是對對于含SiC的燒結(jié)澆注料，弱液體粘合劑和新的強(qiáng)力陶瓷粘合劑破損的結(jié)果。當(dāng)SiO2被釋放時，一部分SiC被氧化，一些SiO2與基質(zhì)中細(xì)的氧化鋁進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致了莫來石的形成，它的特點(diǎn)用高的物理性能進(jìn)行描述，它的整體澆注料試樣的強(qiáng)度有關(guān)。SiO2的其它含量在SiC周圍形成了一個層以便提供保護(hù)而抵制氧化。為了降低氧化的速度，這個層只在＞1250℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié).未被氧化的SiC含量的增加和所形成的的莫來石表明，隨著SiC含量的增加，燒結(jié)試樣強(qiáng)度明顯的提高了。
3.3燒結(jié)澆注料的顯微結(jié)構(gòu)
耐火材料系統(tǒng)顯微結(jié)構(gòu)，不管是磚還是整體材料，均由大的、分散的骨料和細(xì)顆粒所組成，并與結(jié)合劑或基質(zhì)相組合在一起。在1550℃經(jīng)3h燒結(jié)的耐火澆注料基質(zhì)和骨料顯示在結(jié)合劑結(jié)合的幾個地方基質(zhì)均勻，在此處有成團(tuán)的顆粒和未被分開的片晶。由于SiC的氧化，二氧化硅固態(tài)含量通過與微粉鋁反應(yīng)，導(dǎo)致了早期的莫來石化，并且由于氣孔顆粒邊界的斷開，偶爾出現(xiàn)大顆粒的生長。能夠清楚地看到氣孔的減少，得到致密和壓實(shí)的顯微結(jié)構(gòu)。這是由于莫來石一SiC涂覆了一薄層SiO2或液相的結(jié)果。除了游離的SiO2，在鋁礬土中一些雜質(zhì)的存在導(dǎo)致液相的形成，從而產(chǎn)生壓實(shí)的顯微結(jié)構(gòu)。
3.4耐火性能
在1000℃加熱并且在水中冷卻循環(huán)30次后耐壓強(qiáng)度降低了。當(dāng)在試樣中SiC含量增加時保持強(qiáng)度提高。含有8%SiC的耐火澆注料試樣保持它們的原始強(qiáng)度在83%左右。當(dāng)SiC含量減少時整個數(shù)值就減少，含有6%SiC的試樣保持在60%同時不含SiC的澆注料試樣僅僅保持其原始強(qiáng)度的25%。這些結(jié)果當(dāng)然與燒結(jié)澆注料試樣的成份有關(guān)。在基質(zhì)中SiC的存在導(dǎo)致了燒結(jié)后SiC-莫來石系統(tǒng)的形成。添加SiC的鋁礬土澆注料抗熱震性的提高可能是更高的熱傳導(dǎo)、更低的熱膨脹、SiC更高的強(qiáng)度及莫來石強(qiáng)化基質(zhì)存在的結(jié)果。
4 結(jié)論
對于高鋁澆注料，SiC不同含量的增加，以高鋁水泥為代價，SiC占8％，相反影響半成品的強(qiáng)度，但是顯著提高了燒結(jié)、物理和耐火性能，其結(jié)果是燒結(jié)后形成了SiC一莫來石系統(tǒng)。含有6％SiC的澆注料試樣顯示在1550℃燒結(jié)后在可接受的半成品強(qiáng)度和已改善的燒結(jié)、物理和耐火性能之間獲得了最好的平衡方法。