辅助原料有:结合黏土为苏州土,其Al2O3含量为38.5%(w),Si O2含量为46.28%(w);硅灰,Si O2含量约94%(w);Al2O3微粉,Al2O3含量为99.2%(w),粒度约2μm;结合剂有市售Secar 71水泥和纸浆废液。

      图1为高铝均化料和高铝熟料的XRD图谱。从图中可以看出,GL-88高铝均化料和GL-88高铝熟料的主晶相均为刚玉相,含有少量莫来石、钛酸铝、金红石;其中第一批GL-88高铝均化料中莫来石含量约4%(w),GL-88高铝熟料中的约8%(w);第二批GL-88高铝矾土均化料中没有检测到莫来石,高铝熟料中莫来石含量约6%(w)。GL-80高铝均化料和GL-80高铝熟料的主晶相为刚玉相和莫来石相,前者莫来石含量约42%(w),后者莫来石含量约37%(w)。

      2.2 高铝定形试样的性能

      表2示出了两种高铝定形试样的常温性能。从表中可以看出,分别与GL-88、GL-80高铝熟料试样比较,GL-88高铝均化料和GL-80高铝均化料试样的烧后线收缩率大,体积密度高,显气孔率小,常温强度大。这主要由于高铝均化料本身烧结致密,试样也易于烧结。

      表3示出了两种高铝定形试样的高温性能。从表3中可以看出,分别与高铝熟料试样比较,以GL-88高铝均化料和GL-80高铝均化料为原料的定形试样,其加热永久线变化率(线收缩)较大,高温抗折强度较低,抗热震性较差,其荷重软化温度与高铝熟料所制试样的接近。这表明高铝均化试样加热永久线变化率和高温抗折强度两项高温性能不及高铝熟料试样的。这可能由于高铝矾土均化料中杂质分散均匀,高温下相对形成的玻璃相均匀分散在晶相周围,对晶粒形成一种包裹的趋势,使晶相之间的固-固结合程度降低,从而导致其高温性能减弱 。与高铝均化料的试样比较,高铝熟料试样的抗热震性相对优良,应归因于高铝矾土熟料不均匀的结构组成,能缓冲热应力,阻碍热应力裂纹的扩展。

      对比GL-88高铝均化料试样与高铝熟料试样的常温性能、高温性能,在不同时间段和烧成设备上试验的第一批和第二批试样的优劣趋势相同。

      2.3 高铝浇注料试样的性能

      几种高铝浇注料的性能指标见表4。由表4中可以看出,与以高铝熟料为原料制备的浇注料相比,以高铝均化料为原料制备的浇注料的体积密度、抗折强度、耐压强度较高;热处理后高铝均化浇注料的常温强度性能更高些。这是由于高铝均化料能促进试样烧结,从而使得试样的热处理后常温强度有较大的提高。

      与GL-88高铝熟料的浇注料试样相比,以GL-88高铝均化料为原料的浇注料试样的加热永久线变化率较大,高温抗折强度较低,抗热震性较差,高温耐磨性能与高铝熟料浇注料试样相当。高温性能的比较结果与上述高铝定形试样大体一致。而以GL-80高铝料为原料的浇注料试样性能对比情况不同,与GL-80高铝熟料浇注试样相比,GL-80高铝均化浇注料试样的加热线变化小,高温抗折强度较大,高温耐磨性较强(磨损量较小)。该浇注料试样的加热永久线变化率等高温性能的对比结果与GL-80高铝定形试样的相反。

      由于GL-80高铝均化料烧结程度优良,GL-80高铝熟料(即非均化料)的烧结程度差,两者致密程度差异较大。作为浇注料试样的原料使用时,烧结程度较差、气孔率高的高铝熟料制备的浇注料试样的加热永久线变化率较大,相当于一次再烧结。材料的气孔率高,单位面积荷载能力减小,因此其高温抗折强度较低,高温耐磨性也较低。作为定形试样的原料使用时,由于试样坯体经过1 500℃烧成工序,部分弥补了GL-80高铝熟料烧结程度差的弱点,也部分降低材料的气孔率,增强了材料的体积稳定性,因此该高铝试样的加热永久线变化率较小,其荷重软化温度不低于高铝均化试样的。

      普通高铝熟料的烧结程度差,且不均匀,高铝均化料结构中玻璃相均匀分布,晶相之间结合程度低,这分别是两类高铝原料的弱点,由此会导致各自高铝材料的高温性能降低,在比较材料高温性能时,要看哪个因素对材料性能的影响更突出。对于GL-88高铝试样,其组成结构情况与GL-80高铝试样不同。GL-88高铝熟料大多用倒焰窑长时间煅烧,原料烧结较致密,也较均匀,其烧结程度与GL-88高铝均化料的烧结程度接近。在此,高铝均化料试样的高温性能主要受制于结构的“玻璃效应”,高铝均化料中玻璃相均匀分散,使晶相之间的结合程度降低,从而降低试样的加热永久线变化率和高温抗折强度。

同类高铝材料的高温耐磨性与材料烧结致密程度相关,两种GL-88高铝浇注料的显气孔率、体积密度接近,因此两者的高温耐磨性相当。

      3 结论

      本研究中选择市场上的高铝矾土熟料和高铝均化料,着重比较高铝矾土熟料与高铝矾土均化料高温性能的差异,得到如下结果:

      (1)对GL-88高铝矾土原料而言,高铝均化料与高铝熟料的烧结程度接近,两者所制备定形试样与浇注料试样的荷重软化温度和高温耐磨性能相当;由于高铝矾土均化工艺使得玻璃相均匀分布,减弱了晶粒间的直接结合程度,导致高铝均化料试样的高温体积稳定性和高温抗折强度较低。

      (2)对GL-80高铝矾土原料而言,高铝均化浇注料试样在高温抗折强度、加热永久线变化率、高温耐磨性等高温性能方面有优势,而作为制备高铝定形试样的原料使用时,高铝矾土均化料试样没有高温性能优势。