碳化硅導(dǎo)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(hù)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(jià)鍵型化合物，因此要得到直接結(jié)合燒結(jié)良好且強(qiáng)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(qiáng)度和高溫強(qiáng)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(yàn)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(yàn)確定。本試驗(yàn)選擇5種不同的顆粒級配，細(xì)粉部分全部相同，顆粒級配的試驗(yàn)配方如表2所示。這5個(gè)配方的試驗(yàn)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(qiáng)度指標(biāo)，決定選擇 3#作為以后試驗(yàn)的顆粒級配。本澆注料屬于低水泥系列，難點(diǎn)在于既要在1500℃保溫 0.5h 后獲得較高的高溫抗折強(qiáng)度值又要具有較高的烘干耐壓強(qiáng)度。因?yàn)楹娓赡蛪簭?qiáng)度主要來源于水泥的水化，為了得到較高的烘干耐壓強(qiáng)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(qiáng)度下降，前期的試驗(yàn)工作已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。為了解決這個(gè)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(jìn)行嚴(yán)格的控制， 既要發(fā)揮uf-SiO2 的結(jié)合作用來增加強(qiáng)度，又要控制高溫下的液相量使高溫抗折強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。 本試驗(yàn)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(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度的影響試驗(yàn)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(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度都逐漸增加，這是因?yàn)閺?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(qiáng)度有關(guān)鍵的影響作用，氣孔不僅減少了負(fù)荷面積，而且在氣孔鄰近區(qū)域應(yīng)力集中，減弱材料的負(fù)荷能力。上述兩方面的共同作用，使烘干耐壓強(qiáng)度增加。高溫抗折強(qiáng)度增加的原因，應(yīng)該是微粉的致密化作用，當(dāng)然還有基質(zhì)被強(qiáng)化的原因。由圖3可知，當(dāng)復(fù)合微粉的加入量為15%時(shí)，烘干耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)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(xiàng)理化性能，除1600℃保溫3h燒后耐壓強(qiáng)度略低外其它各項(xiàng)指標(biāo)都很優(yōu)秀1 600℃保溫3h燒后耐壓強(qiáng)度指標(biāo)比較低的原因?yàn)楸?A target=_blank href="http://m.ikifon.com/show-131.html">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(qiáng)度，而且煅燒后由于氧化表面凸凹不平也使檢測時(shí)的耐壓強(qiáng)度下降如果將其埋炭煅燒，則強(qiáng)度可達(dá)到107.5MPa。
