碳化硅導熱率高，熱膨脹系數(shù)小，難于被鋼液及熔渣浸潤，且其在高溫下的氧化屬于保護型氧化，抗氧化能力明顯優(yōu)于碳素材料。因此，將剛玉與碳化硅復(fù)合制備出一種很有發(fā)展前途的耐火材料，在冶金、建材等領(lǐng)域具有廣泛的用途。但是，剛玉屬離子鍵型化合物，碳化硅屬共價鍵型化合物，因此要得到直接結(jié)合燒結(jié)良好且強度較高的Al2O3-SiC 復(fù)合材料是很困難的。本研究旨在通過優(yōu)化顆粒級配，調(diào)整水泥和復(fù)合微粉的加入量制得常溫強度和高溫強度都較高的剛玉碳化硅澆注料。
原料是以棕剛玉為骨料，碳化硅、水泥、uf-SiO2、α-Al2O3 為基質(zhì)，試驗用澆注料的骨料采用≤1mm、1 ~3mm、3~5mm 三級粒度。骨料和粉料的質(zhì)量比為 63~70∶37~30。澆注料的致密程度和流動性跟顆粒級配密切相關(guān)，而最佳的顆粒級配又隨骨料種類、臨界粒度的大小和基質(zhì)組成的不同而不同，最合適的顆粒級配應(yīng)該由試驗確定。本試驗選擇5種不同的顆粒級配，細粉部分全部相同，顆粒級配的試驗配方如表2所示。這5個配方的試驗結(jié)果示于圖1。
從圖1可知，3#、4#、5# 的顆粒組配較好，再綜合考慮強度指標，決定選擇 3#作為以后試驗的顆粒級配。本澆注料屬于低水泥系列，難點在于既要在1500℃保溫 0.5h 后獲得較高的高溫抗折強度值又要具有較高的烘干耐壓強度。因為烘干耐壓強度主要來源于水泥的水化，為了得到較高的烘干耐壓強度，勢必要加入較多的水泥，而較多的水泥又會使高溫下的液相量增加，使高溫抗折強度下降，前期的試驗工作已經(jīng)證實了這一點。為了解決這個矛盾， 必須在優(yōu)化基質(zhì)上下功夫，也就是uf-SiO2和α-Al2O3 復(fù)合微粉的加入量要進行嚴格的控制， 既要發(fā)揮uf-SiO2 的結(jié)合作用來增加強度，又要控制高溫下的液相量使高溫抗折強度達標。 本試驗將水泥的加入量定為2%，考察復(fù)合微粉的加入量對常溫耐壓強度和高溫抗折強度的影響試驗結(jié)果示于圖3。
由圖3可以看出，隨著復(fù)合微粉加入量的增加烘干耐壓強度和高溫抗折強度都逐漸增加，這是因為復(fù)合微粉中的uf-SiO2具有結(jié)合作用而且復(fù)合微粉的粒徑很小，在澆注料中可填充孔隙，降低顯氣孔率，而氣孔對材料的強度有關(guān)鍵的影響作用，氣孔不僅減少了負荷面積，而且在氣孔鄰近區(qū)域應(yīng)力集中，減弱材料的負荷能力。上述兩方面的共同作用，使烘干耐壓強度增加。高溫抗折強度增加的原因，應(yīng)該是微粉的致密化作用，當然還有基質(zhì)被強化的原因。由圖3可知，當復(fù)合微粉的加入量為15%時，烘干耐壓強度和高溫抗折強度值最高。固定復(fù)合微粉的加入量為15%。下表為剛玉碳化硅澆注料性能。
上表中的各項理化性能，除1600℃保溫3h燒后耐壓強度略低外其它各項指標都很優(yōu)秀1 600℃保溫3h燒后耐壓強度指標比較低的原因為本澆注料中SiC含量較高，煅燒溫度又很高，故SiC在煅燒中的氧化難以避免，從而影響了強度，而且煅燒后由于氧化表面凸凹不平也使檢測時的耐壓強度下降如果將其埋炭煅燒，則強度可達到107.5MPa。
