耐(nai)火澆(jiao)注料(liao)(liao)是一(yi)種(zhong)多相(xiang)(xiang)(xiang)非均質體，其在熱(re)(re)(re)沖擊下(xia)的(de)損毀形式較(jiao)為復雜，內部裂紋在擴展過(guo)程中會在氣孔(kong)、物相(xiang)(xiang)(xiang)相(xiang)(xiang)(xiang)界、晶界等位(wei)置發(fa)生(sheng)偏轉產生(sheng)能(neng)量(liang)損耗而受(shou)阻。在耐(nai)火澆(jiao)注料(liao)(liao)抗(kang)(kang)熱(re)(re)(re)震性測試的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)關標準中，通(tong)過(guo)分析受(shou)熱(re)(re)(re)端面破(po)(po)損率(lv)、出現可見裂紋的(de)熱(re)(re)(re)震次數、承受(shou)恒定載荷而不發(fa)生(sheng)破(po)(po)壞的(de)熱(re)(re)(re)震次數、抗(kang)(kang)折強(qiang)度(du)保(bao)持率(lv)、耐(nai)壓強(qiang)度(du)保(bao)持率(lv)、彈性模(mo)量(liang)保(bao)持率(lv)等指(zhi)標評價材料(liao)(liao)的(de)抗(kang)(kang)熱(re)(re)(re)震性。

除上述方法外，在熱(re)震過程中，亦可(ke)采用彈性模(mo)量、抗折(zhe)強度和超聲波波速的(de)衰減(jian)來表征材料(liao)內部(bu)缺(que)陷的(de)變化特點。彈性模(mo)量的(de)衰減(jian)主要(yao)是因(yin)為材料(liao)內部(bu)微裂(lie)紋的(de)形成，材料(liao)內部(bu)微裂(lie)紋數量的(de)增加會導致彈性模(mo)量值的(de)減(jian)小。抗折(zhe)強度的減小與(yu)材料內部最大缺陷(xian)的尺(chi)寸相關，如果材料內(nei)部(bu)最大(da)裂紋尺(chi)寸在熱(re)(re)震過程(cheng)中有所(suo)發展，其抗折(zhe)強度將出現明顯下降(jiang)。耐(nai)火材料超聲波(bo)無(wu)損(sun)檢測技術能夠對材料內(nei)部(bu)裂紋、氣孔等缺陷(xian)進行相(xiang)關分(fen)析。超聲波(bo)波(bo)速的(de)減(jian)小(xiao)說(shuo)明材料內(nei)部(bu)連貫(guan)性下降(jiang)，如更多的(de)裂紋、氣孔等缺陷(xian)的(de)生(sheng)成。耐(nai)火澆注料在熱(re)(re)震過程(cheng)中內(nei)部(bu)會(hui)生(sheng)成大(da)量的(de)缺陷(xian)，利用單一評(ping)價方(fang)法評(ping)價材料的(de)抗熱(re)(re)震性無(wu)法得(de)到(dao)準確的(de)結果。

鑒于此，擬以水合氧化鋁(ρ-Al2O3)結合(he)莫來(lai)石質澆注料(liao)為對(dui)象，通過(guo)在澆注料(liao)內(nei)(nei)引入第二相鋼纖維，利用不同材料(liao)熱膨脹系數的(de)差異性(xing)在內(nei)(nei)部形(xing)成微(wei)裂紋以達到改善抗熱震(zhen)性(xing)能的(de)目的(de)。

圖1為1200 ℃熱處理后(hou)不(bu)同(tong)鋼纖維加入(ru)量對莫來石質(zhi)澆注料(liao)常規(gui)物(wu)理(li)性能的(de)影響。由圖1可見，隨(sui)著鋼纖(xian)維加入量的增加，澆注料線收縮率逐漸變小(見圖 1a)。這(zhe)是因(yin)為鋼(gang)纖(xian)維的熱膨脹系數較大約為(12~14)×10–6 /℃，遠(yuan)高于莫來石澆注料基體(ti)約為(4~6)×10–6 /℃，造成添加(jia)鋼纖(xian)維(wei)后(hou)的(de)線(xian)變(bian)化率(lv)趨向(xiang)于膨脹。同時，隨著(zhu)鋼(gang)纖(xian)維(wei)加(jia)(jia)入量的(de)增(zeng)加(jia)(jia)，成型時所需加(jia)(jia)水量增(zeng)加(jia)(jia)，雖然鋼(gang)纖維密(mi)度大于莫來石(shi)基體材(cai)料，但因鋼(gang)纖維加入(ru)量不大(最大量(liang)為2.5%)，導致(zhi)澆注料的體(ti)積(ji)(ji)密(mi)度隨鋼纖維添加變化較小，即體(ti)積(ji)(ji)密(mi)度在2.65~2.68 g/cm3，顯氣(qi)孔(kong)率在(zai)14.6%~15.5%波動變(bian)化。熱震后因材(cai)料(liao)內部裂紋的出現，結(jie)構變(bian)得疏松(song)，表(biao)現為(wei)澆注料(liao)的 體積(ji)密(mi)度下降(見(jian)圖 1b)，顯氣孔率增加(見圖(tu) 1c)

圖(tu)2為莫(mo)來石質澆注料(liao)熱震(zhen)前后的性能(neng)變(bian)化(hua)。由圖2a可見，熱震(zhen)后(hou)澆注料的抗折強度保持率呈現先增加后(hou)降低(di)的變化規律(lv)，當鋼纖維(wei)加入(ru)量為1.5%時，熱震后抗折強(qiang)度保持率(lv)達到最大，這表明鋼纖維(wei)的引(yin)入(ru)有助(zhu)于提高材料的斷(duan)裂韌(ren)性，減緩熱震過程中內部缺陷(xian)(xian)的生成(cheng)擴展，提升(sheng)澆注料的抗熱震性，但過量鋼纖維(wei)可能會導致澆注料內部缺陷(xian)(xian)數量和尺寸增加，反而降(jiang)低材料的抗熱震性。 

在(zai)熱震(zhen)過程中，隨(sui)著鋼纖維的增(zeng)加，澆注(zhu)料(liao)內部缺陷的數量會增(zeng)多，也將導致(zhi)材料(liao)彈(dan)性模量保持率的降低(di)(見圖2b)；缺陷數(shu)量增多(duo)提高了(le)彼(bi)此(ci)間(jian)橋接互聯的(de)(de)概率，增加了(le)澆注料基體結(jie)構的(de)(de)不(bu)連貫性，引起材料超(chao)聲波(bo)(bo)波(bo)(bo)速(su)保持率的(de)(de)下降(見圖(tu) 2c)。

圖(tu)3為不同鋼纖維加入量莫來石澆注(zhu)料(liao)熱震后(hou)SEM 照片(pian)。鋼纖維加入(ru)量為 0、1.5%、2.5% (質量(liang)分(fen)數)的(de)澆注(zhu)料樣品，由(you)于SEM分析樣品來自1 200 ℃處(chu)理后的1100 ℃ 3 次熱震循(xun)環后(hou)樣品，鋼纖維經過4次熱處理后(hou)多數已熔化至基體(ti)材料中，甚(shen)至局部可(ke)能形成含Fe玻璃相(xiang)，因此 SEM 觀察中并未(wei)看到(dao)殘留鋼纖(xian)維(wei)。由于熱處理溫度不(bu)高且保溫時間不(bu)長(1 200 ℃保溫(wen) 3 h)，局部還可看到未(wei)反應的仍保持原來絮狀團聚形貌的活(huo)性 ρ-Al2O3 (見(jian)圖3中箭頭(tou)所(suo)指(zhi)的呈深灰色團狀相)。

結論：少量鋼(gang)纖維(wei)(不大于1.0%)加入時(shi)，澆注料的斷裂能、抗熱應力損(sun)傷因子會(hui)隨(sui)鋼(gang)纖維(wei)量(liang)增加呈下降趨(qu)勢(shi)：當其加入量(liang)介于(yu)1.0%~2.0%之間時，澆注料的抗裂紋擴展能力隨鋼纖維加(jia)入量增加(jia)而增加(jia)，進(jin)而提高了(le)抗熱震性(xing)能(neng)；但過量鋼纖維(大于2.0%)會導致抵抗(kang)微裂紋擴展能力的再次下降(jiang)。 抗(kang)熱震性(xing)試驗過程中(zhong)，澆(jiao)注(zhu)料內部缺陷(xian)的數量和尺寸會隨鋼(gang)纖維加入(ru)量增大而增加，導致(zhi)彈性(xing)模(mo)量保 持(chi)率和超(chao)聲波(bo)波(bo)速(su)保(bao)持(chi)率的持(chi)續下降(jiang)，而抗折(zhe)強(qiang)度 保持率(lv)則(ze)呈現先增(zeng)加后降(jiang)低的變化(hua)規(gui)律。