近年來為了生產(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用的為Al2O3含量60%~90%的硅酸鋁材料。此種材料應用于受機械負荷及熱負荷長時間作用的廣泛領域內(nèi)的各種不同的熱工窯爐中。但是在文獻中卻沒有關(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道。從評估受到靜力負荷及恒定溫度的作用時不發(fā)生損毀的變形能力的角度來看，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結(jié)果。澆注料由電熔剛玉、工業(yè)氧化鋁細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)合劑的種類及試驗條件對澆注料變形的影響。
澆注料的配料組成及其抗蠕變性試驗裝置
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、牌號為TK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溫度下進行預燒。蠕變性試驗是在杠桿式裝置上按國家標準推薦的方法進行的。該試驗裝置是由巴什基爾建筑材料工業(yè)研究設計院研制的，在同一個溫度制度下可同時試驗3個試樣。
試驗裝置組成如下：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下部裝載桿上，后者固定在由水冷套的筒5內(nèi)，穿過爐襯下部的三個孔將這些裝載桿放入爐內(nèi)。向試樣上施加荷重系通過配重6及3個鉸鏈式鏈接的杠桿系統(tǒng)7進行的，并通過杠桿和由碳化硅制成的上部裝載桿8進行傳遞。裝載桿8通過上部孔放入爐內(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杠桿系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的影響。同時采用兩種類型的傳感器來測定變形：即鐘表式指示器10及感應式傳感器11。杠桿系統(tǒng)6固定在裝置的三個固定柱13上。裝置上設有記錄儀表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）溫度下進行試驗的。根據(jù)其標準荷重0.2MPa變形開始溫度的測定結(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荷重下進行試驗時，其變形率相差甚小，進過14小時之后，其變形率不超過0.12%（配料1，曲線1）及0.20%（配料2，曲線2）。當試驗溫度提高至1770K并增大荷重時，變形率顯著增大。當荷重為1.0MPa時，變形率達到0.82%（配料1，曲線3）及1.10%（配料2，曲線4）；當荷重為2.0MPa時，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30分鐘毀壞及加荷重2.0MPa后經(jīng)過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)骨架的強度低及在機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進行蠕變試驗歷時24小時后，其變形率稍高于配料1和配料2的澆注料的變形率，這說明澆注料中存在細分散性葉臘石，后者能使試驗溫度下出現(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進行預燒時，于1720及荷重0.6MPa（低于配料1及配料2的試驗荷重）條件下歷時2.0~3.2h試驗之后，發(fā)生脆塑性毀壞，與此同時，經(jīng)過1170K預燒之后，則未出現(xiàn)澆注料試樣的毀壞。對于配料3和配料4來說，還有一個特點，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140h進行試驗后，其蠕變率分別為0.29%；0.52%；2.6%及2.23%。對曲線的分析結(jié)果表明，隨著時間的進展，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
磷酸鹽結(jié)合劑結(jié)合的硅酸鋁澆注料的蠕變性試驗結(jié)果表明，生產(chǎn)此類澆注料的工藝參數(shù)對其高溫蠕變性的動力學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預燒后引起脆塑性毀壞，，與此同時，試樣于1170K預燒后在規(guī)定的荷重、溫度和時間的條件下進行試驗時，出現(xiàn)了澆注料變形的典型特性曲線。
對于澆注料的所有配料來講，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)。加入細粉碎氧化鋁的澆注料的變形值低于加入細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)。對于含Al2O3達90%的剛玉澆注料來說，在溫度為1670K及荷重0.2MPa作用下，其蠕變性穩(wěn)定期限超過140h，因而可以推薦將配料1和配料2作為操作時間長的熱工窯爐的結(jié)構(gòu)件來使用。
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)中得到廣泛地應用，這就要求不僅對其強度、彈性及結(jié)構(gòu)等性能進行進一步研究，而且對其變形性能也要進行進一步的研究。
