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)質原料。但由于剛玉和碳化硅燒結性能差，采用普通結合劑會使產品的高溫性能降低。如采用鋁酸鈣水泥作為結合劑時，低溫結合強度較好，但中溫強度差，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合劑生產低水泥、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合基質，進行莫來石結合剛玉-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性能，提高澆注料的高溫力學性能和熱震穩(wěn)定性。
試驗及結果
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組成列于表1。
試驗方案
為了使剛玉—碳化硅質澆注料具有良好的高溫力學性能、體積穩(wěn)定性和熱震穩(wěn)定性，組成和配比的設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）在基質中反應生成的新結合相為莫來石高溫相，提高澆注料的高溫強度。
（3）在加熱過程中逐漸形成良好的組織結構，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，在基質中能形成莫來石結合相。該結合相呈網狀分布，能夠改善澆注料的中高溫強度�；|中網狀莫來石結合相的形成能極大地提高試樣的熱態(tài)強度。一般檔氧化鋁微粉和氧化硅微粉的質量比為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
組成對性能和結構的影響
剛玉—碳化硅質澆注料的主要結構強度取決于基質的結合強度。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而結合在一起，因此，必須依靠基質形成的結合相將其結合起來。根據上述實驗結果可知，隨著基質中合成莫來石粉（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。上面試驗結果說明：次生莫來石對澆注料強度的貢獻大于原生（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中形成網絡結構，更有助于提高結構強度，尤其是高溫熱態(tài)強度。
結論
由預合成的莫來石粉料和Al2O3/SiO2為2.33的混合粉料組成基質的剛玉—碳化硅澆注料，其物理性能和高溫力學性能是隨著基質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大于原生莫來石。
