近年來(lái)為了生產(chǎn)高溫制品，成功地采用著磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的材料。其中得到最廣泛地應(yīng)用的為Al2O3含量60%~90%的硅酸鋁材料。此種材料應(yīng)用于受機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間作用的廣泛領(lǐng)域內(nèi)的各種不同的熱工窯爐中。但是在文獻(xiàn)中卻沒(méi)有關(guān)于以磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的硅酸鋁材料的變形性能數(shù)據(jù)，特別是關(guān)于高溫蠕變性方面的報(bào)道。從評(píng)估受到靜力負(fù)荷及恒定溫度的作用時(shí)不發(fā)生損毀的變形能力的角度來(lái)看，高溫蠕變性具有特別的意義。
本文列出了關(guān)于磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的硅酸鋁澆注料的高溫蠕變性的試驗(yàn)結(jié)果。澆注料由電熔剛玉、工業(yè)氧化鋁細(xì)粉及葉臘石的混合物組成，分析了蠕變性與工藝參數(shù)之間的關(guān)系。查明了磷酸鹽巖結(jié)合劑的種類(lèi)及試驗(yàn)條件對(duì)澆注料變形的影響。
澆注料的配料組成及其抗蠕變性試驗(yàn)裝置
作為制取澆注料的原料，采用粒度為80um~100um及126um~160um的普通電熔剛玉、牌號(hào)為T(mén)K的氧化鋁、莫茲爾—奧夫魯奇礦的葉臘石及磷酸鹽結(jié)合劑。研究了4種不同配料組成的澆注料：電熔剛玉—氧化鋁—H3PO4（配料1）：電熔剛玉—氧化鋁—鋁鉻磷酸鹽結(jié)合劑（配料2）；電熔剛玉—葉臘石—H3PO4（配料3）及電熔剛玉—葉臘石—鋁鉻磷酸結(jié)合劑（配料4）。直徑為36mm及高度為50mm的供蠕變性試驗(yàn)用的圓柱體試樣由半干料壓制成型，成型壓力為40MPa。料中磷酸鹽結(jié)合劑的含量為10%~15%。試樣在570K、670K及1170K溫度下進(jìn)行預(yù)燒。蠕變性試驗(yàn)是在杠桿式裝置上按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法進(jìn)行的。該試驗(yàn)裝置是由巴什基爾建筑材料工業(yè)研究設(shè)計(jì)院研制的，在同一個(gè)溫度制度下可同時(shí)試驗(yàn)3個(gè)試樣。
試驗(yàn)裝置組成如下：電爐1：碳化硅發(fā)熱體2：爐膛3。試樣放置在由碳化硅制成的若干個(gè)下部裝載桿上，后者固定在由水冷套的筒5內(nèi)，穿過(guò)爐襯下部的三個(gè)孔將這些裝載桿放入爐內(nèi)。向試樣上施加荷重系通過(guò)配重6及3個(gè)鉸鏈?zhǔn)芥溄拥母軛U系統(tǒng)7進(jìn)行的，并通過(guò)杠桿和由碳化硅制成的上部裝載桿8進(jìn)行傳遞。裝載桿8通過(guò)上部孔放入爐內(nèi)，并固定在有水冷套的筒9內(nèi)，后者用于防止電爐的熱流對(duì)杠桿系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)的影響。同時(shí)采用兩種類(lèi)型的傳感器來(lái)測(cè)定變形：即鐘表式指示器10及感應(yīng)式傳感器11。杠桿系統(tǒng)6固定在裝置的三個(gè)固定柱13上。裝置上設(shè)有記錄儀表14及變形曲線記錄儀表15，以及控制裝置16和加熱溫度電子調(diào)節(jié)儀17。
試驗(yàn)結(jié)果及討論
磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的硅酸鋁澆注料的蠕變性是在1670K及1720K（配料1及配料2）、1620及1720K（配料3和配料4）溫度下進(jìn)行試驗(yàn)的。根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)荷重0.2MPa變形開(kāi)始溫度的測(cè)定結(jié)果，做出了上述溫度的選擇。配料1和配料2的荷重變形溫度約為1890K，而配料3和配料4的荷重變形溫度分別為1610K及1730K。
由磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的剛玉澆注料（配料1及配料2）的蠕變性，于1170K溫度下燒成的各試樣在1670K及0.2MPa荷重下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，其變形率相差甚小，進(jìn)過(guò)14小時(shí)之后，其變形率不超過(guò)0.12%（配料1，曲線1）及0.20%（配料2，曲線2）。當(dāng)試驗(yàn)溫度提高至1770K并增大荷重時(shí)，變形率顯著增大。當(dāng)荷重為1.0MPa時(shí)，變形率達(dá)到0.82%（配料1，曲線3）及1.10%（配料2，曲線4）；當(dāng)荷重為2.0MPa時(shí)，變形率增大至2.5%（配料2，曲線5）。在這種情況下，由鋁鉻磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的試樣的變形率比H3PO4結(jié)合的試樣的變形率稍大一些，這是因正磷酸鹽結(jié)合的配料形成的結(jié)構(gòu)骨架的強(qiáng)度稍大一些的緣故。
由磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的剛玉澆注料試樣于570K燒成后因脆塑特性而迅速毀壞—于1770k加荷重1.5MPa后經(jīng)過(guò)30分鐘毀壞及加荷重2.0MPa后經(jīng)過(guò)50分鐘毀壞。顯然這可能與主要由磷酸鋁結(jié)合的澆注料的結(jié)構(gòu)骨架的強(qiáng)度低及在機(jī)械荷重和溫度作用下澆注料內(nèi)發(fā)生熱轉(zhuǎn)化有關(guān)。
磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的剛玉葉臘石澆注料（配料3和配料4）于1620K及1720K進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)歷時(shí)24小時(shí)后，其變形率稍高于配料1和配料2的澆注料的變形率，這說(shuō)明澆注料中存在細(xì)分散性葉臘石，后者能使試驗(yàn)溫度下出現(xiàn)大量的液相。如上所述，將配料3及配料4的澆注料的試樣于670K進(jìn)行預(yù)燒時(shí)，于1720及荷重0.6MPa（低于配料1及配料2的試驗(yàn)荷重）條件下歷時(shí)2.0~3.2h試驗(yàn)之后，發(fā)生脆塑性毀壞，與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)1170K預(yù)燒之后，則未出現(xiàn)澆注料試樣的毀壞。對(duì)于配料3和配料4來(lái)說(shuō)，還有一個(gè)特點(diǎn)，即由正磷酸結(jié)合的澆注料的變形率高于由鋁鉻磷酸鹽結(jié)合的澆注料的變形率。這受到正磷酸與澆注料中含硅組份之間的相互作用的制約—與葉臘石作用后形成易熔磷酸鹽，后者在試驗(yàn)溫度下呈液態(tài)存在。
由配料1~4制成的硅酸鋁澆注料于1670K及荷重0.2MPa下歷時(shí)140h進(jìn)行試驗(yàn)后，其蠕變率分別為0.29%；0.52%；2.6%及2.23%。對(duì)曲線的分析結(jié)果表明，隨著時(shí)間的進(jìn)展，澆注料的變形速度不斷地減慢。含有葉臘石的配料3和配料4的澆注料的變形速度最大。由配料1和配料2制成的澆注料的抗蠕變能力最高。
結(jié)束語(yǔ)
磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的硅酸鋁澆注料的蠕變性試驗(yàn)結(jié)果表明，生產(chǎn)此類(lèi)澆注料的工藝參數(shù)對(duì)其高溫蠕變性的動(dòng)力學(xué)特性具有較大的影響。例如，采用所有的配料制成的澆注料試樣于570K及670K預(yù)燒后引起脆塑性毀壞，，與此同時(shí)，試樣于1170K預(yù)燒后在規(guī)定的荷重、溫度和時(shí)間的條件下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)了澆注料變形的典型特性曲線。
對(duì)于澆注料的所有配料來(lái)講，在最初的1.5~2.5h期間觀察到最大的變形速度，這與結(jié)合劑的相的狀態(tài)有關(guān)。加入細(xì)粉碎氧化鋁的澆注料的變形值低于加入細(xì)分散性葉臘石澆注料的變形值，即澆注料的蠕變性與其中的Al2O3含量有關(guān)。對(duì)于含Al2O3達(dá)90%的剛玉澆注料來(lái)說(shuō)，在溫度為1670K及荷重0.2MPa作用下，其蠕變性穩(wěn)定期限超過(guò)140h，因而可以推薦將配料1和配料2作為操作時(shí)間長(zhǎng)的熱工窯爐的結(jié)構(gòu)件來(lái)使用。
這樣磷酸鹽結(jié)合的不燒耐火材料作為結(jié)構(gòu)材料在高溫技術(shù)中得到廣泛地應(yīng)用，這就要求不僅對(duì)其強(qiáng)度、彈性及結(jié)構(gòu)等性能進(jìn)行進(jìn)一步研究，而且對(duì)其變形性能也要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
