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。
此次在窯口澆注料的基礎(chǔ)配方中增加ZrO2成份可以使ZrO2在骨架材料中均勻分布，大大提高莫來石碳化硅材料的綜合性能；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)度和彈性模量，改善了材料的抗熱震性。
試驗(yàn)所用的主要原料為AL2O3=70.65%的燒結(jié)莫來石（5~3、3~1、≤0.088mm），（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（ELKem 971—U）、Secar 71水泥（AL2O3=69.31%、CaO=29.7%）和ρ-AL2O3細(xì)粉。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3%、6%、9%和12%以替代燒結(jié)莫來石細(xì)粉。試驗(yàn)配方如表所示。
按表2配料，加入5.5%的水?dāng)嚢杈鶆颍駝?dòng)澆筑成25mmX25mmX140mm的條狀試樣和25mmX118mmX140mm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。
結(jié)果與討論試樣的常溫性能如下表所示。從表中可以看出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。將1500℃3h埋炭熱處理的試樣Z4的基質(zhì)部分進(jìn)行分析。
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
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樣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%開始減小。
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澆注料試樣的抗熱震性能。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。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%時(shí)，試樣的耐磨性能最好。