刚玉和碳化硅因高温性能优异，而成为耐火浇注料的优质原料。但由于刚玉和碳化硅烧结性能差，采用普通结合剂会使产品的高温性能降低，如采用铝酸钙水泥作为结合剂时，低温结合强度较好，但中温强度差，同时由于引入一定量的CaO，会形成降低浇注料使用性能的钙长石(Ca0·Al2O3·SiO2)或钙铝黄长石(2Ca0·Al203·SiO2)。因此，目前常采用添加氧化硅微粉代替水泥作结合剂生产低水泥、超低水泥以至无水泥浇注料。本研究采用氧化硅微粉和氧化铝(a-Al203)微粉以及莫来石微粉作为结合基质，进行莫来石结合刚玉-碳化硅浇注料的组成与性能的研究，旨在改善浇注料的烧结性能，提高浇注料的高温力学性能和热震稳定性。
1试验与结果
1.1试验用原料
试验所用的合成莫来石、刚玉、氧化硅微粉和碳化硅的化学组成列于表1。
表1 原料的化学组成/%
1.2试验方案
为了使刚玉-碳化硅质浇注料能具有良好的高温力学性能、体积稳定性和热震稳定性，组成和配比的设计从以下几方面加以考虑：
(1)合理的颗粒级配以获得良好的作业性和高致密度：
(2)在基质中反应生成的新结合相为莫来石高温相，提高浇注料的高温强度：
(3)在加热过程中逐渐形成良好的组织结构，保持体积稳定性和较好的抗热震性。
据Kronert报，uf-SiO2和活性氧化铝微粉合理配合使用，在基质中能形成莫来石结合相。该结合相呈网状分布，能够改善浇注料的中高温强度。研究表明，基质中网状莫来石结合相的形成能极大地提高试样的热态强度。一般当氧化铝微粉和氧化硅微粉的质量比为2.55左右时，有利于形成莫来石。本实验使用的氧化铝微粉和氧化硅微粉之比接近上述比例，实际比例为2.33。
试验中刚玉骨料为连续级配，碳化硅为<2mm的细骨料，粉料是由氧化铝、莫来石、氧化硅微粉组成。氧化硅微粉为烟尘粉，粒度<1um，莫来石微粉<5um，氧化铝为<4pm和<5um的粉料。在骨料中，碳化硅的加入量固定为10%，配料中骨料与粉料之比为65：35。而粉料中氧化铝微粉与氧化硅微粉之比为2.33 ，由氧化铝与氧化硅组成的混合料与合成莫来石料之比分别为25 :15(A)，20 :15 (B)，15：10(C) ，20：25(D)。其配比见表2。
表2 试验用浇注料配料组成/ %
1.3 试验结果
四种不同配比的浇注料物理性能列于表3。
表3 浇注料物理性能
（1）1100℃≒风冷，3次
从表2和表3可以明显看出：随着超细混合粉比例的提高，从试样A到D，其体积密度、热处理后常温抗折强度和常温耐压强度以及高温抗折强度均随之提高。而热震稳定性变化规律有所不同，A、B和D试样经热震后的残余强度保持率分别为49%、44%和45%，相差不大，C试样残余强度保持率较高，为63%。
2讨论
2.1 组成对性能和结构的影响
莫来石刚玉结合-碳化硅质浇注料的主要结构强度取决于基质的结合强度。因为以刚玉-碳化硅作为骨料的浇注料，其骨料颗粒之间很难烧结而结合在一起，因此，必须依靠基质形成的结合相将其结合起来。根据上述试验结果可知，随着基质中合成莫来石粉(SM)与混合粉(MP)之比的降低，也就是随着混合粉比例的提高，物理性能有显著的提高。这里混合粉为由氧化铝微粉和氧化硅微粉按Al2O3/SiO2为2.33组成的粉料，这类粉料在浇注料中加热处理时可“就位”生成莫来石，在这里可称为次生(二次)莫来石。上面试验结果说明：次生莫来石对浇注料强度的贡献大于原生(合成)莫来石。这是因为次生莫来石比原生莫来石更易于在基质中形成网络结构，更有助于提高结构强度，尤其是高温热态强度。
2.2显微结构特征
采用SEM研究发现，浇注料基质中柱状莫来石连成一片一片的网状结构(见图1)，而莫来石的晶间由玻璃相填充。刚玉骨料颗粒与基质中的SiO2反应，在刚玉颗粒周边形成新生的二次莫来石反应环带(见图2)。而碳化硅颗粒边缘清晰整齐，但颗粒周边有一层富Si壳层，参差不齐的富Si层与基质中的玻璃相反应结合为一体(见图3)。
图1 浇注料基质的SEM的照片
图2 刚玉颗粒周围二次莫来石的SEM照片
图3 碳化硅颗粒与基质结合的SEM照片
一次生莫来石化是烧结过程中玻璃相中的SiO2与刚玉之间的反应，主要有两种形式：其一是存在于刚玉颗粒周围，这种次生莫来石存在于颗粒与基质的结合部位，形成围绕颗粒分布的次生莫来石反应环带，将刚玉颗粒与基质结合为一体;其二是存在于基质之中刚玉微粉与玻璃相中SiO2的反应，生成的次生莫来石在基质中形成网络结构，改善了基质的高温性能，从而提高了浇注料的整体性能。因此，随浇注料基质中刚玉微粉和SiO2微粉的增加，系统中生成的次生莫来石增多，从而各种性能得到改善。
3结论
由预合成的莫来石粉料和Al2O3/SiO2为2.33的混合粉料组成基质的莫来石刚玉结合-碳化硅浇注料，其物理性能和高温力学性能是随着基质中次生莫来石生成量的增加而提高。说明次生莫来石对刚玉-碳化硅浇注料性能的改善的贡献大于原生莫来石。