由于耐火材料在使用中經(jīng)常受到高溫甚至高速含塵氣流的沖蝕，近年來對其耐磨性的研究日漸增多，而且隨著高溫耐磨設(shè)備的不斷完善，對耐火材料高溫耐磨性的研究也隨之開展起來。胡水等研究了剛玉耐火材料的高溫耐磨性，認為減少水泥加入量和提高硅微粉加入量可以提高材料的高溫耐磨性，而增大磨料顆粒尺寸和增大沖蝕角可以增加對其材料的磨損。研究了碳化硅加入量對低水泥礬土澆注料的高溫耐磨性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著碳化硅含量的增加，材料的磨損量趨于增大，而且在試驗溫度低于600℃時，不同碳化硅含量澆注料的磨損量差別較大，而溫度在1000℃以上時澆注料磨損量基本上一致；所有材料的磨損量均隨著試驗溫度的升高而減少。為此，本文利用新研究的高溫耐磨實驗機，以高鋁澆注料為原料，研究了臨界粒度、水泥加入量和熱處理溫度等對材料高溫耐磨性的影響。
試驗
試驗原料
高鋁澆注料所用主要原料有特級礬土熟料、SiO2微粉、α—Al2O3微粉、ρ—Al2O3微粉和純鋁酸鈣水泥，其理化性能指標(biāo)如表1所示。
表1 主要原料理化性能指標(biāo)
試驗方案
不同水泥加入量的試樣配方如表2所示。在各試樣配比中加入0.05%的三聚磷酸鈉和0.08%的六偏磷酸鈉作為分散劑。試驗選用臨界粒度分別為5、8、15mm的高鋁澆注料試樣，并考察臨界粒度對其高溫耐磨性的影響。
表2 不同水泥加入量的試樣配方（wB/%）
試樣制備
按配方進行配料，在攪拌鍋中混合，加水量約為5%，在振動臺上振動澆注成型，濕養(yǎng)護24h后脫模，在烘箱中干燥（110℃×24h）。
試驗分別在600℃×3h、1000℃×3h、1200℃×3h條件下進行處理，然后進行對應(yīng)試驗溫度下的高溫耐磨性測定。
性能測試
高溫耐磨性試驗采用新研制的高溫耐磨實驗機，即試樣在耐磨機的高溫室中加熱至試驗溫度并保溫30min，采用壓縮空氣噴吹一定量特定粒度的碳化硅砂磨料至試樣表面上，根據(jù)試樣磨損前后的體積損失評價材料在某一溫度的高溫耐磨性。試驗溫度選取常溫、600、800、1000、1200℃，磨料噴吹量為1000g，噴吹時間為900s，試樣尺寸為100mm×100mm×（25~30）mm。
結(jié)果與討論
水泥加入量對澆注料高溫耐磨性的影響
不同試驗溫度下水泥加入量與高鋁澆注料磨損體積的關(guān)系。在常溫和1000℃條件下，隨著水泥含量的增加，高鋁澆注料的磨損量均逐漸減小。而在1200℃時，隨著水泥含量的增加，澆注料磨損量卻略有增大。這是因為在常溫下也即烘烤后試樣的抗折強度和耐壓強度隨著水泥含量的增加而增大，所以澆注料磨損量減低；在1000℃時，可能由于水泥引入的CaO與材料中Al2O3、SiO2反應(yīng)形成一定數(shù)量的鈣長石等低熔相，促進了試樣的燒結(jié)而致密化使強度提高，所以隨著水泥含量的增加，澆注料磨損量有所降低。但是，當(dāng)溫度升高至1200℃時，由于高鋁質(zhì)材料的玻璃相粘度降低，高鋁澆注料進入黏滯流動階段，而且水泥含量越大，生成的玻璃相量越多，黏滯力越小，沖擊磨損越多，因此高鋁澆注料的磨損量隨水泥含量的增加略有增大。
為了進一步比較低水泥結(jié)合和無水泥結(jié)合高鋁澆注料的高溫耐磨性能，選用ρ—Al2O3微粉代替水泥作結(jié)合劑進行了高溫耐磨性試驗。不同結(jié)合體系與高鋁澆注料的高溫耐磨性的關(guān)系。材料在各試驗溫度下的耐磨性差別較小，但在高溫條件下，無水泥澆注料的耐磨性稍好一些。這可能是由于ρ—Al2O3微粉結(jié)合的高鋁質(zhì)澆注料在1200℃時產(chǎn)生的玻璃相相對較少，從而使其具有較高的強度。
熱處理溫度對澆注料高溫耐磨性的影響
選擇配方中CA—6試樣為研究對象，將其分別在600、1000℃、1200℃條件下熱處理后，進行不同溫度下的耐磨性比較。圖3為高鋁澆注料磨損量與試驗溫度之間的關(guān)系。由圖3可看出，不同溫度熱處理后的試樣，磨損量隨著試驗溫度的變化趨勢是相似的，即試驗溫度越高，試樣的磨損體積越小；且在各試驗溫度下，經(jīng)1200℃處理后試樣的磨損量均大于經(jīng)600、1000℃處理后試樣的磨損量。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是：經(jīng)熱處理后高鋁澆注料礦物相包括剛玉、莫來石和少量玻璃相，由于它們的熱膨脹系數(shù)不同，冷卻后材料內(nèi)部會不同程度地出現(xiàn)微裂紋，因此熱處理溫度越高，這種作用約明顯，形成裂紋的尺寸也會越大。這種現(xiàn)象在不同熱處理試樣的冷態(tài)抗折強度和耐壓強度值中得到了證實，試樣經(jīng)600、1000、1200℃熱處理后的耐壓強度分別為149.9、119.1、83.5MPa，抗折強度分別為11.3、9.7、9.6MPa。即熱處理溫度越高，試樣冷態(tài)強度越小。所以在測定不同試驗溫度下的磨損量時，雖然不同顆粒之間由于熱膨脹而相互靠近，材料的裂紋得以彌合，但經(jīng)較高溫度熱處理后的試樣在升溫的過程中對裂紋的彌合作用，不足以彌補經(jīng)熱處理再冷卻后形成的缺陷，抵御外來應(yīng)力的能力變差，從而導(dǎo)致在相同試驗溫度下試樣磨損量較大一些。
臨界粒度對澆注料高溫耐磨性的影響
圖4為臨界粒度與高鋁澆注料磨損量的關(guān)系。溫度為1000℃時，澆注料的磨損量隨著臨界顆粒的增大而降低；1200℃時，澆注料的磨損量隨著臨界粒度的增大幾乎不變。這可能是由于，當(dāng)磨損介質(zhì)沖蝕試樣表面時，首先是材料基質(zhì)受到磨損介質(zhì)的沖擊和切削作用，而逐漸剝落、下凹、形成凸起的顆粒；當(dāng)磨損介質(zhì)繼續(xù)以一定的角度沖蝕磨損表面時，就會產(chǎn)生陰影效應(yīng)。處在材料顆粒陰影中的基質(zhì)遭受沖擊和切削的幾率和程度減弱，而且材料的臨界粒度越大，陰影效應(yīng)也越明顯，使得材料的磨損量減小。另外，臨界力度增大，澆注料的顆粒級配相應(yīng)變化，較大臨界粒度組成的澆注料，其細粉量相對較少；由于較粗大的顆粒比小的顆粒耐磨，小的顆粒比細粉耐磨，所以澆注料磨損量也隨著臨界粒度的增大而降低。但當(dāng)試驗溫度達到1200℃時，材料中產(chǎn)生的高溫液相促進了試樣的燒結(jié)，從而緩和了臨界粒度等其它因素對材料耐磨性的影響，導(dǎo)致其磨損量變化不大。
結(jié)論
（1）在常溫和1000℃條件下，隨著水泥含量的增加，高鋁澆注料的磨損量逐漸減小，1200℃時澆注料磨損量略有增大。采用ρ—Al2O3微粉代替水泥作結(jié)合劑，兩者的耐磨性在各試驗溫度下差別不大。
（2）經(jīng)不同溫度熱處理后，高鋁澆注料的磨損量隨著試驗溫度的變化趨勢是相似的，即其隨著試驗溫度的升高而降低；經(jīng)600、100℃處理后的試樣在各試驗溫度下試樣磨損量均較小，但經(jīng)1200℃處理后的試樣磨損量稍大一些。
（3）選用不同臨界粒度的高鋁澆注料進行磨損試驗，溫度為1000℃時，澆注料磨損量隨著臨界粒度的增大而降低；1200℃時，澆注料的磨損量隨著臨界粒度的增大變化不大。
