莫來石澆注料具有荷重軟化溫度高，抗熱震性好，抗侵蝕能力強(qiáng)等優(yōu)良的性能，在工業(yè)爐內(nèi)襯、鋼包包蓋、中間包內(nèi)襯等方面被廣泛使用。但致密的骨料和基質(zhì)導(dǎo)致澆注料的熱導(dǎo)率高，使得高溫?zé)峁ぴO(shè)備的熱量損失較大，能耗較高。因此，實現(xiàn)澆注料輕量化，有必要研發(fā)耐高溫、低導(dǎo)熱、高強(qiáng)度和良好抗熱震性的耐火澆注料。
澆注料輕量化可通過輕質(zhì)骨料或輕量化基質(zhì)來實現(xiàn)。骨料是澆注料強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者，性能良好的輕質(zhì)骨料才能制備出高強(qiáng)低導(dǎo)熱的澆注料。以多孔隙的莫來石質(zhì)微球、α-AL2O3和 SiO2微粉為主要原料，硅溶膠為結(jié)合劑，在試樣中生成了大量晶須，從而制備了高強(qiáng)度、低熱導(dǎo)率的莫來石澆注料。在基質(zhì)部分，同樣可以進(jìn)行輕量化設(shè)計，即在基質(zhì)中加入造孔劑。 在剛玉－莫來石澆注料中添加了聚苯乙烯泡沫球，當(dāng)添加量為漿料總體積的50％時，澆注料的氣孔率為61％，熱導(dǎo)率低至0.22w/（m·K）-1。氧化鋁空心球因其耐火度高和熱導(dǎo)率低等優(yōu)點，常被作為骨料制備多孔陶瓷，但其同時也是一種新型的無機(jī)造孔劑。在莫來石澆注料中加入30%氧化鋁空心球時，澆注料的體積密度降低至1.96g/cm-³，熱導(dǎo)率為0.89w/（m·K）-1
綜上所述，同時對基質(zhì)和骨料進(jìn)行輕量化設(shè)計，可以在保持良好力學(xué)性能的基礎(chǔ)上得到熱導(dǎo)率更低的澆注料，從而減少高溫?zé)峁ぴO(shè)備的能耗。因此，以5~3、3~1和1~0.086mm的微孔莫來石骨料，≤0.045mm的莫來石細(xì)粉，二氧化硅微粉，氧化鋁微粉，2~1mm的氧化鋁空心球造孔劑，CA71水泥結(jié)合劑及三聚磷酸鈉。為主要原料，來制備輕質(zhì)莫來石澆注料。
圖1示出了不同溫度熱處理后試樣的常溫強(qiáng)度。從圖中可以看出，試樣的常溫強(qiáng)度隨氧化鋁空心球加入量的增加而降低。同時，隨著熱處理溫度升高，試樣的常溫強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)氧化鋁空心球加入量為9%時,1400℃熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度分別為11.9和47.1MPa.110 ℃烘干后試樣的強(qiáng)度主要由莫來石骨料的本征強(qiáng)度提供。但基質(zhì)與細(xì)粉的結(jié)合強(qiáng)度并不高，故此時常溫耐壓強(qiáng)度較低。經(jīng)1400℃高溫處理后，骨料和微粉間燒結(jié)作用使得澆注料中的顆粒之間結(jié)合更加緊密，且氧化鋁微粉和二氧化硅微粉反應(yīng)生成莫來石，提高澆注料強(qiáng)度然而，由于氧化鋁空心球取代了部分骨料，增加試樣的氣孔率，導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度下降。 但氧化鋁空心球提高了莫來石的生成量，且氧化鋁空心球的多孔結(jié)構(gòu)能夠阻礙裂紋擴(kuò)展，故其強(qiáng)度下降較少。
試樣經(jīng)1100℃熱震5次后的常溫抗折強(qiáng)度及其強(qiáng)度保持率，未添加氧化鋁空心球的試樣在熱震3次后斷裂，其余試樣在熱震5次后出現(xiàn)少量裂紋。從圖中可以看出，隨著氧化鋁空心球加入量的增加，試樣熱震5次后的常溫抗折強(qiáng)度基本降低，但試樣的強(qiáng)度保持率逐漸增加。 這是由于氧化鋁空心球為輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)，其孔洞內(nèi)的微裂紋能夠有效緩解裂紋的擴(kuò)展，從而提升澆注料的抗熱震性能。此外,微孔莫來石骨料中的微孔也有利于增加裂紋的擴(kuò)展路徑，也提高了澆注料的抗熱震性能.
隨著氧化鋁空心球加入量的增加，試樣的熱導(dǎo)率降低。當(dāng)氧化鋁空心球加入量為9%時，試樣在1000℃ 下熱導(dǎo)率降低至0.38w/（m·K）-1這是由于氧化鋁空心球的多孔結(jié)構(gòu),使得試樣氣孔率增加,從而降低熱導(dǎo)率。而微孔莫來石本身也有很多氣孔，也能夠降低試樣的熱導(dǎo)率。
