01、前言概述 

以纯铝酸钙水泥为结合剂，钢纤维以体积分数为2%外加，按照表1中所示的配方，将钢纤维与原料混合均匀后浇注成含钢纤维的莫来石-碳化硅浇注料。研究钢纤维种类(熔抽弯月型、剪切平直型、压痕波浪型、冷拔端勾型)对莫来石-碳化硅浇注料性能的影响。不同种类的钢纤维特性如表3.3所示。 

表1 试验配方

表2钢纤维特性 

02、常规物理性能 

图1钢纤维种类对材料显气孔率的影响，图2钢纤维种类对材料体积密度的影响

试样经1000℃热处理后的显气孔率和体积密度如图1、2所示。可以看出，添加不同种类钢纤维的试样显气孔率和体积密度各异，冷拔端勾型钢纤维试样的体积密度最大，熔抽弯月型钢纤维试样次之，其试样显气孔率从大到小的钢纤维种类依次为：压痕波浪型>剪切平直型>熔抽弯月型>冷拔端勾型。

这是因为通过冷拔法制备的冷拔端勾型钢纤维呈圆柱状，其横截面为圆形，对试样浇注成型过程中的流动性影响最小，其试样致密度最高;通过熔抽法制备的熔抽弯月型钢纤维的横截面为半圆形，对试样浇注成型过程中的流动性影响略大于冷拔端勾型钢纤维;而通过剪切法和压痕法制备的剪切平直型钢纤维和压痕波浪型钢纤维呈瘪平状，尤其压痕波浪型钢纤维具有凹凸不平的波浪特征，对试样浇注成型过程中的流动性影响较大，其试样显气孔率较高。 

图3钢纤维种类对材料常温抗折强度的影响，图4钢纤维种类对材料常温耐压强度的影响

试样经1000℃热处理后的常温抗折强度和常温耐压强度如图3、4所示。可以看出，熔抽弯月型钢纤维试样的常温抗折强度最高，为20.1MPa，冷拔端勾型钢纤维试样次之，压痕波浪型钢纤维试样和剪切平直型钢纤维试样的常温抗折强度较小。这是因为采用熔抽法制备的熔抽弯月型钢纤维表面较为粗糙，与浇注料基体有较强的咬合力，其增韧效果最好;虽然采用冷拔法制备的冷拔端勾型钢纤维表面较为光滑，但其两端呈勾型，能对浇注料基体呈较好的锚固作用，其增韧效果较好。 

试样常温耐压强度从大到小的钢纤维种类为：冷拔端勾型>熔抽弯月型>压痕波浪型>剪切平直型。这是因为冷拔端勾型钢纤维浇注料的体积密度最大，能承受的耐压强度最大。 

03、高温抗折强度 

从图5可以看出，试样在1000℃的高温抗折强度从大到小的钢纤维种类为：熔抽弯月型﹥冷拔端勾型﹥压痕波浪型﹥剪切平直型。这是因为熔抽弯月型钢纤维的耐热温度为1400℃，在1000℃时具有较好的增韧效果;虽然冷拔法、剪切法和压痕法制备的钢纤维耐热温度只有1000℃，但其试样的1000℃高温抗折强度依然较高，尤其是冷拔端勾型钢纤维试样的1000℃高温抗折强度达13.2MPa，与熔抽弯月型钢纤维试样非常接近。

图5钢纤维种类对材料高温抗折强度的影响

04、热震稳定性 

从图6、7可以看出，经热震5次后，熔抽弯月型钢纤维试样的残余抗折强度最高，为14.8MPa;冷拔端勾型钢纤维试样的抗折强度保持率最大，为76.5%;剪切平直型和压痕波浪型钢纤维试样的残余抗折强度和抗折强度保持率都较低。 

图6 钢纤维种类对材料残余抗折强度的影响，图7 钢纤维种类对抗折强度保持率的影响

05、耐磨性能 

图8 不同种类钢纤维对材料耐磨性能的影响

从图8可以看出，经1000℃热处理后的试样磨损量从小到大的钢纤维种类为：熔抽弯月型<冷拔端勾型<剪切平直型<压痕波浪型。

这说明表面粗糙的熔抽弯月型钢纤维能紧密地粘结浇注料基质，有效地减少冲刷过程中基质的剥落，具有最好的耐磨性能;冷拔端勾型钢纤维与基体材料具有较强的锚固作用，以及试样致密度最高，使得其试样耐磨性能较好;相反，剪切平直型和压痕波浪型钢纤维由于表面较光滑，其试样致密度较低，在磨损介质冲刷过程中试样的基质及颗粒容易剥落，耐磨性相对较差。 

06、显微结构分析

(a)熔抽弯月型(b)冷拔端勾型(c)剪切平直型 

图9 不同种类钢纤维对试样显微结构的影响

图9给出了不同种类钢纤维试样在1000℃热处理后的显微结构照片。可以看出，熔抽弯月型钢纤维的横截面呈弯月型，与耐火材料的接触面较大，而且表面凹凸不平的钢纤维与试样基质存在着机械咬合作用，钢纤维与试样紧密粘结在一起，这就是熔抽弯月型钢纤维能显著提高莫来石-碳化硅浇注料的强度和热震稳定性的原因;冷拔端勾型钢纤维与剪切平直型钢纤维的表面较为光滑，但这两种钢纤维含有碳元素，经1000℃烧后，钢纤维中碳元素渗透到浇注料基体中，形成较为紧密的结合层。