红柱石的粒度对浇注料物理性能的影
发布日期： 2020-06-15 11:11:03 阅读量（359） 作者：图1为试样经1450℃x3h 热处理后的线变化率。试样M为不含红柱石骨料的试样，试样 Al、A2、A3分别为含有 8-5mm、5-3mm、3-lmm 红柱石骨料的试样。从图中可以看出，试样M的烧后线变化率为0.09%, 出现了微膨胀。这可能是因为试样中的氧化硅微粉与氧化铝反应生成了二次莫来石，使得试样M出现体积膨胀。但铁沟料在长期的使用过程中，浇注料中的金属硅粉和SiC会不断氧化生成氧化硅液相，液相的烧结作用使得浇注料出现体积收缩。试样Al、A2和A3的烧后线变化率分别为0.30%、0.43%和0.38%。含红柱石骨料的A系列试样的烧后线变化率大于试样M; 随着红柱石骨料粒度的减小，试样Al到试样 A2 的烧后线变化率增大，而试样A2到试样A3的烧后线变化率减小。
红柱石在高温下发生莫来石化伴随有3%-5%的体积膨胀，同时红柱石莫来石化后产生的富硅玻璃相促进试样烧结收缩。对于A系列试样，红柱石莫来石化产生的体积膨胀效应起主导作用，因此它们的烧后线变化率均比试样M的大。从试样Al到试样A2,随着红柱石骨料的引入粒度从8-5mm减小到5-3mm, 红柱石莫来石化率增大引起的膨胀增大超过了富硅玻璃相增多引起的收缩增大，
因此试样的烧后线变化率增大。从试样A2到试样A3, 随着红柱石骨料的引入粒度从5-3mm 减小到 3-lmm,富硅玻璃相增多引起的收缩增大超过了红柱石莫来石化率增大引起的膨胀增大，因此试样的烧后线变化率减小。结果表明可以通过控制红柱石骨料的引入粒度来调节浇注料的膨胀率， 使得浇注料在高温下通 过红柱石不断转化产生的膨胀抵消其在长期高温使用过程中由于液相烧结引起的体积收缩，从而提高浇注料的体积稳定性。
图1试样经1450℃x3h 热处理后的线变化率
图2为试样经 1450℃x3h 热处理后的体积密度和显气孔率。从图中可以看出， 试样M的体积密度为2.9lg·cm-3,试样Al、A2 和 A3 的体积密度分别为2.79g·cm-3,2.77g·cm主和2.79 g·cm主A系列试样的体积密度均小于试样 M, 试样Al到试样A2的体积密度增大，试样A2到试样 A3 的体积密度减小。这是因为试样中残余红柱石的真密度 (3.13~3.16g·cm·3) 和莫来石的真密度 0.16g·cm·3) 小于取代棕刚玉的真密度 (4.lg·cm·3), 另外红柱石莫来石化伴随的体积膨胀会降低试样的整体密度，所以引入红柱石骨料后试样的体积密度减小。 由图1可知从试样 Al到试样A2, 红柱石莫来石化率增大引起的膨胀增大超过了富硅液相增多引起的收缩增大，试样整体的膨胀性增强，所以体积密度减小;从试样A2 到试样 A3, 富硅液相增多引起的收缩增大超过了红柱石莫来石化率增大引 起的膨胀增大，试样整体的收缩性增强，所以体积密度增大。
此外，从图中可看出，试样M的显气孔率最大为18.6%,且从试样Al到试样A3,试样的显气孔率从 18.3%减小到 17.9%。 一方面，红柱石莫来石化伴随一的体积膨胀会挤压其周围物料，填充物料之间的间隙;另方面，红柱石在高温下分解产生的富硅玻璃相在高温烧结过程中能够填充试样中的气孔，降低试样的气孔率。因此，引入红柱石骨料后试样的显气孔率降低。而从图 3.1 中的XRD结果可以看出随着红柱石骨料粒度的减小，其在高温下的莫来石化率逐渐增大，红柱石转化伴随的膨胀填充周围物料间隙的作用增强;同时富硅玻璃相的生成量逐渐增多，玻璃相填充试样中气孔的能力增强;因此从试样Al到试样A3的显气孔率逐渐减小。
图2试样经1450℃x3h 热处理后的体积密度和显气孔率
图3为试样经1450℃x3h 热处理后的常温抗折强度。从图中可以看出，从试样M到试样A3, 试样的常温抗折强度先减小后增大;试样M、试样Al、试样A2和试样A3的常温抗折强度分别为6.65MPa、5.88MPa、7.85MPa和 8.46MPa。试样 Al 的常温抗折强度小于试 M;这是因为红柱石的热膨胀系数呈各向异性，在热处理后的降温过程中红柱石骨料与基质之间会产生微裂纹，再加上红柱石的强度比刚玉的小，因此试A的常温抗折强度比试样M的小。从试样Al到试样A3,试样的常温抗折强度逐渐提高。这是因为随着试样中红柱石骨料的引入粒度从 8-5mm减小到3-lmm,红柱石莫来石化率逐渐增大, 经热处理后分解产生的富硅玻璃相逐渐增多，试样的烧结致密化程度逐渐增大，加之莫来石对试样的强化作用增强， 因此试样的常温抗折强度逐渐提高。
图3试样经1450℃x3h热处理后的常温抗折强度
图4为试样经1450℃x3h 热处理后的弹性模量(声波法)，弹性模量可以反映试样中的缺陷，弹性模量的变化与试样中的气孔和晶体类别等有关。从图中 可以看出，从试样M到试样A3, 试样的弹性模量先减小后增大;试样M、试样 Al, 试样A2和试样A3的弹性模量分别为 18.9GPa、17.6GPa、19.lGPa和22.8GPa,这与试样的常温抗折强度变化趋势相同。试样Al中含有的红柱石骨料粒度为8-5mm, 经 1450℃x3h 热处理后产生的微裂纹较大，且红柱石的强度小于刚玉，故试样 Al 的弹性模量较低。从试样Al到试样 A3, 试样的弹性模量逐渐增大。这是因为随着试样中红柱石骨料的引入粒度从 8-5mm 减小到 3-lmm, 在高温下红柱石分解产生的富硅玻璃相逐渐增多，玻璃相填充试样内部气孔的作用逐渐增强， 所以试样的弹性模量逐渐增大。
图4试样经1450℃x3h热处理后的弹性模量
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