耐火澆注料是一種多相非均質(zhì)體,，其在熱沖擊下的損毀形式較為復(fù)雜,，內(nèi)部裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中會(huì)在氣孔、物相相界,、晶界等位置發(fā)生偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生能量損耗而受阻,。在耐火澆注料抗熱震性測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，通過(guò)分析受熱端面破損率,、出現(xiàn)可見(jiàn)裂紋的熱震次數(shù),、承受恒定載荷而不發(fā)生破壞的熱震次數(shù)、抗折強(qiáng)度保持率,、耐壓強(qiáng)度保持率,、彈性模量保持率等指標(biāo)評(píng)價(jià)材料的抗熱震性。
除上述方法外,，在熱震過(guò)程中,，亦可采用彈性模量、抗折強(qiáng)度和超聲波波速的衰減來(lái)表征材料內(nèi)部缺陷的變化特點(diǎn),。彈性模量的衰減主要是因?yàn)椴牧蟽?nèi)部微裂紋的形成,，材料內(nèi)部微裂紋數(shù)量的增加會(huì)導(dǎo)致彈性模量值的減小。抗折強(qiáng)度的減小與材料內(nèi)部最大缺陷的尺寸相關(guān),，如果材料內(nèi)部最大裂紋尺寸在熱震過(guò)程中有所發(fā)展,，其抗折強(qiáng)度將出現(xiàn)明顯下降。耐火材料超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)Σ牧蟽?nèi)部裂紋,、氣孔等缺陷進(jìn)行相關(guān)分析,。超聲波波速的減小說(shuō)明材料內(nèi)部連貫性下降,，如更多的裂紋,、氣孔等缺陷的生成,。耐火澆注料在熱震過(guò)程中內(nèi)部會(huì)生成大量的缺陷，利用單一評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)材料的抗熱震性無(wú)法得到準(zhǔn)確的結(jié)果,。
鑒于此,，擬以水合氧化鋁(ρ-Al2O3)結(jié)合莫來(lái)石質(zhì)澆注料為對(duì)象，通過(guò)在澆注料內(nèi)引入第二相鋼纖維,，利用不同材料熱膨脹系數(shù)的差異性在內(nèi)部形成微裂紋以達(dá)到改善抗熱震性能的目的,。
圖1為1200 ℃熱處理后不同鋼纖維加入量對(duì)莫來(lái)石質(zhì)澆注料常規(guī)物理性能的影響。由圖1可見(jiàn),，隨著鋼纖維加入量的增加,，澆注料線收縮率逐漸變小(見(jiàn)圖 1a)。這是因?yàn)殇摾w維的熱膨脹系數(shù)較大約為(12~14)×10–6 /℃,，遠(yuǎn)高于莫來(lái)石澆注料基體約為(4~6)×10–6 /℃,，造成添加鋼纖維后的線變化率趨向于膨脹。同時(shí),，隨著鋼纖維加入量的增加,，成型時(shí)所需加水量增加，雖然鋼纖維密度大于莫來(lái)石基體材料,，但因鋼纖維加入量不大(最大量為2.5%),，導(dǎo)致澆注料的體積密度隨鋼纖維添加變化較小，即體積密度在2.65~2.68 g/cm3,，顯氣孔率在14.6%~15.5%波動(dòng)變化,。熱震后因材料內(nèi)部裂紋的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)變得疏松,，表現(xiàn)為澆注料的 體積密度下降(見(jiàn)圖 1b),，顯氣孔率增加(見(jiàn)圖 1c)
圖2為莫來(lái)石質(zhì)澆注料熱震前后的性能變化。由圖2a可見(jiàn),，熱震后澆注料的抗折強(qiáng)度保持率呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律,，當(dāng)鋼纖維加入量為1.5%時(shí)，熱震后抗折強(qiáng)度保持率達(dá)到最大,，這表明鋼纖維的引入有助于提高材料的斷裂韌性,，減緩熱震過(guò)程中內(nèi)部缺陷的生成擴(kuò)展，提升澆注料的抗熱震性,，但過(guò)量鋼纖維可能會(huì)導(dǎo)致澆注料內(nèi)部缺陷數(shù)量和尺寸增加,，反而降低材料的抗熱震性。
在熱震過(guò)程中,，隨著鋼纖維的增加,，澆注料內(nèi)部缺陷的數(shù)量會(huì)增多，也將導(dǎo)致材料彈性模量保持率的降低(見(jiàn)圖2b),；缺陷數(shù)量增多提高了彼此間橋接互聯(lián)的概率,，增加了澆注料基體結(jié)構(gòu)的不連貫性,，引起材料超聲波波速保持率的下降(見(jiàn)圖 2c)。
圖3為不同鋼纖維加入量莫來(lái)石澆注料熱震后SEM 照片,。鋼纖維加入量為 0,、1.5%、2.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的澆注料樣品,，由于SEM分析樣品來(lái)自1 200 ℃處理后的1100 ℃ 3 次熱震循環(huán)后樣品,，鋼纖維經(jīng)過(guò)4次熱處理后多數(shù)已熔化至基體材料中，甚至局部可能形成含Fe玻璃相,，因此 SEM 觀察中并未看到殘留鋼纖維,。由于熱處理溫度不高且保溫時(shí)間不長(zhǎng)(1 200 ℃保溫 3 h)，局部還可看到未反應(yīng)的仍保持原來(lái)絮狀團(tuán)聚形貌的活性 ρ-Al2O3 (見(jiàn)圖3中箭頭所指的呈深灰色團(tuán)狀相),。
結(jié)論：少量鋼纖維(不大于1.0%)加入時(shí),，澆注料的斷裂能、抗熱應(yīng)力損傷因子會(huì)隨鋼纖維量增加呈下降趨勢(shì)：當(dāng)其加入量介于1.0%~2.0%之間時(shí),，澆注料的抗裂紋擴(kuò)展能力隨鋼纖維加入量增加而增加,，進(jìn)而提高了抗熱震性能；但過(guò)量鋼纖維(大于2.0%)會(huì)導(dǎo)致抵抗微裂紋擴(kuò)展能力的再次下降,。 抗熱震性試驗(yàn)過(guò)程中,，澆注料內(nèi)部缺陷的數(shù)量和尺寸會(huì)隨鋼纖維加入量增大而增加，導(dǎo)致彈性模量保 持率和超聲波波速保持率的持續(xù)下降,，而抗折強(qiáng)度 保持率則呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律,。