新型干法大型水泥窯窯口部位因使用溫度的急劇變化、水泥熟料等固體物質(zhì)的磨損和堿性揮發(fā)物的侵蝕等苛刻的使用條件，使得窯口部位成為水泥窯內(nèi)襯中最易損毀、壽命最短的部位，嚴(yán)重影響了水泥窯的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低了水泥廠的經(jīng)濟(jì)效益。
氧化鋯具有強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗熱震性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于陶瓷和耐火材料行業(yè)。研究表明：加入鋯英石可以提高礬土基澆注料的強(qiáng)度和抗熱震性能：ZrO2的加入對剛玉—尖晶石澆注料的燒結(jié)性略有負(fù)面影響，卻改善了試樣的抗熱震性能：采用溶膠—凝膠法引入ZrO2，可以使ZrO2在骨架材料中均勻分布，大大提高剛玉—莫來石質(zhì)材料的綜合性能：鋯英石的加入提高了莫來石—氧化鋯復(fù)合材料的體積密度、抗折強(qiáng)度和彈性模具，改善了材料的抗熱震性。
在本試驗(yàn)中，主要研究了鋯英石的加入量對莫來石—碳化硅澆注料常溫物理性能、抗熱震性能和耐磨性能的影響。
試驗(yàn)
原料
試驗(yàn)所用的主要原料為w（Al2O3）=70.65%的燒結(jié)莫來石（5~3、3~1、≤0.088mm）、w（SiC）=97.9%的碳化硅（3~1、1~0.5、≤0.5mm）、鋯英石細(xì)粉，結(jié)合劑包括SiO2微粉、水泥細(xì)粉（w（Al2O3）=69.3%，w（CaO）=29.7%）和p—Al2O3細(xì)粉。鋯英石的主要化學(xué)組成見表1。
表1 鋯英石的主要化學(xué)組成
試樣制備
固定骨料和基質(zhì)細(xì)粉的質(zhì)量比為70:30，Z1、Z2、Z3、Z4分別添加鋯英石細(xì)粉（w）3%、6%、9%和12%以替代燒結(jié)莫來石細(xì)粉。試驗(yàn)配方如表2所示。
表2 試驗(yàn)配方
按表2配料，加入5.5%（w）的水?dāng)嚢杈鶆颍駝?dòng)澆注成25mm×25mm×140mm的條件試樣和25mm×118mm×140mm的板狀試樣（用于耐磨性試驗(yàn)），自然養(yǎng)護(hù)24h后脫模，經(jīng)110℃24h烘干，然后分別于1200℃3h和1500℃3h埋炭熱處理。
性能檢測
按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)分別檢測試樣的線變化率、顯氣孔率、體積密度、常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度。
對經(jīng)1200℃3h熱處理試樣經(jīng)過3次熱震（1100℃，水冷），檢測熱震前后試樣的常溫抗折強(qiáng)度，計(jì)算試樣的常溫抗折強(qiáng)度來保持率，來表征試樣的抗熱震性能。
將1200℃3h熱處理的板狀試樣按照GB/T18301—2001進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，通過計(jì)算試樣的磨損量來考察試樣的耐磨性能。
利用X射線衍射儀測定1500℃3h熱處理后試樣Z4基質(zhì)部分的物相組成。
結(jié)果與討論
試樣的常溫性能
試樣的常溫性能如表3所示。從表3中可以看出：1200℃3h熱處理試樣的線收縮率大于1500℃3h埋炭熱處理試樣的線收縮率：隨著鋯英石加入量的增加，試樣的線收縮率變小。
表3 試樣熱處理后的常溫性能
將1500℃3h埋炭熱處理的試樣Z4的基質(zhì)部分進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如圖1所示。可以看出，所含主要物相為α—SiC、3Al2O3·2SiO2、m—ZrO2和β—SiO2。所以，可以確定基質(zhì)中的鋯英石發(fā)生了分解。
當(dāng)溫度高于1400℃時(shí)，鋯英石和Al2O3發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)如下：
2ZrSiO4+3Al2O3→2ZrO2+3Al2O3·2SiO2。
（2）這一反應(yīng)產(chǎn)生高達(dá)15.4%的體積膨脹。所以，隨著鋯英石加入量的增加，試樣的線收縮率變小。
同一溫度處理的試樣，隨著鋯英石加入量的增加，試驗(yàn)的顯氣孔率變化不大，體積密度增大；1500℃3h埋炭熱處理試樣的顯氣孔率小于1200℃3h熱處理試樣的顯氣孔率。主要是因?yàn)闊崽幚頊囟鹊纳撸珻aO—Al2O3—SiO2系統(tǒng)的低熔相促進(jìn)了試樣的燒結(jié)。
隨著鋯英石加入量的增加，110℃24h烘干試樣的強(qiáng)度變化不明顯：1200℃3h熱處理試樣的強(qiáng)度稍有降低；1500℃3h埋炭熱處理試樣的強(qiáng)度先增大，當(dāng)鋯英石加入量大于9%（w）開始減小。
試樣的抗熱震性能
不同溫度熱處理后試樣的抗熱震性能的測試結(jié)果可以看出：鋯英石加入量的增加，并沒有改善莫來石—碳化硅試樣的抗熱震性能。
雖然由于ZrO2相變所產(chǎn)生的微裂紋有利于緩沖熱應(yīng)力，抑制大裂紋的擴(kuò)展，從而提高試樣的抗熱震性能。但微裂紋的形成、鋯英石和斜鋯英石物相的生成會(huì)明顯降低莫來石—碳化硅材料的熱導(dǎo)率：且斜鋯英石的熱膨脹系數(shù)較大。它們的綜合作用使試樣的抗熱震性能變差。
試樣的耐磨性能
1200℃3h熱處理試樣常溫耐磨性能的測試可以看出；隨著鋯英石加入量的增加，試樣的耐磨性能先改善，當(dāng)加入量過多時(shí)逐漸變差，鋯英石加入量為6%（w）時(shí)，試樣的耐磨性能最好。
結(jié)論
（1）隨著鋯英石加入量的增加，莫來石—碳化硅澆注料試樣的線收縮率減小，顯氣孔率變化不大，體積密度逐漸增大，110℃24h烘干試樣的強(qiáng)度變化不明顯，1200℃3h熱處理的強(qiáng)度稍有降低，1500℃3h埋炭熱處理試樣的強(qiáng)度先增大，當(dāng)鋯英石加入量大于9%（w）后開始減小。
（2）鋯英石加入量的增加，莫來石—碳化硅澆注料試樣的抗熱震性能并沒有改善。
（3）鋯英石加入量為6%（w）時(shí)，莫來石—碳化硅澆注料試樣的耐磨性能最好。
