在Al2O3-尖晶石浇注料中常用铝酸钙水泥作结合剂，在较高的使用温度下（＞1 400 ℃）会生成CA6引起膨胀，从而影响材料的体积稳定性，因此，要添加SiO2微粉来改善其膨胀问题。关于铝镁浇注料中CA6形成状况的研究报道较多，而有关Al2O3-尖晶石浇注料中CA6形成状况的研究报道却很少。巴西的研究人员研究分析了添加有SiO2微粉的铝酸钙水泥结合Al2O3-尖晶石浇注料中CA6的形成状况，以研究开发出一种烧后残余膨胀系数较低的Al2O3-尖晶石浇注料。
    试验所用主要原料有板状刚玉颗粒（粒径≤ 6 mm）、尖晶石（w(Al2O3)=78%，粒径≤500 μm）、SiO2微粉（971U）和铝酸钙水泥（Secar 71）等，依据Alfred堆积模型，取q=0.26配料，基本配方组成如表1所示。以聚羧酸酯醚为分散剂，加水量为4.1%。按表1配料，加水混合均匀后振动浇注成25 mm×25 mm×150 mm的条状试样以及所需尺寸的圆柱体试样。将成形后的试样在养护室内50 ℃养护24 h，再在110 ℃干燥24 h后，在600 ℃下预烧5 h（升温速率为1 ℃•min-1），让水分安全蒸发。
    浇注料的膨胀性考察，将按DIN 51053标准制备的圆柱试样放入荷重软化温度测试炉中，对其施加0.02 MPa的恒定压力，以3 ℃•min-1的升温速率加热到1 500 ℃，保温5 h并测量整个加热过程中试样的尺寸变化。采用扫描电子显微镜（SEM）分析不同配方试样1 500 ℃烧后生成CA6的形貌与分布状态。根据相关标准采用三点弯曲法分别测量1 150、1 300和1 500 ℃烧后试样的常温抗折强度。
表 1 Al2O3-尖晶石浇注料的基本组成（w）/%
原料 AS0 AS0.25 AS0.5 AS1
板状刚玉 73 72.75 72.5 72
合成尖晶石 21 21 21 21
铝酸钙水泥 6 6 6 6
SiO2微粉 0 0.25 0.5 1
    研究结果显示，当SiO2微粉加入量从0增加到0.5%时，试样产生了较大幅度的总体膨胀，当其加入量增大到1%时，试样最终的线变化率反而有所下降，这主要是因为加入SiO2微粉后，SiO2、Al2O3与CaO三者共存，容易生成低熔点相如CAS2与C2AS等液相，SiO2微粉的存在加速了CA6的生成反应；当SiO2微粉加入量达到0.5%时， 生成CA6的反应速率已达到最大，生成的CA6最多，所以这时试样的总体线膨胀率也最大，当SiO2微粉加入量增加到1%时，其CA6的生成速率及生成量均保持不变，但是生成的液相量增多，因此会产生烧结收缩，抵消了部分因CA6生成产生的体积膨胀，使得试样的总体线膨胀率相对减小。
    显微结构分析结果显示，在未添加SiO2微粉的试样中，CA6主要分布在板状刚玉颗粒的边沿，是通过固相传质机理生成的；而添加有SiO2微粉的试样中，板状刚玉未参加反应，CA6主要分布在试样的基质中，是通过液相传质机理生成的；分布在板状刚玉颗粒边沿的CA6主要向板状刚玉颗粒内部生长，因而未引起体积膨胀，而分布在基质中的CA6生长时因基质中没有足够的空间，因而引起体积膨胀。这为设计低膨胀系数水泥结合的铝镁浇注料提供了参考依据。
    常温抗折强度测试结果表明，在烧结刚开始的温度下（1 150和1 300 ℃），试样的强度和SiO2微粉加入量呈正比关系，随着SiO2微粉加入量的增加，抗折强度逐渐增大；而1 500 ℃热处理后，永久线变化率较低的试样具有较高的常温抗折强度（SiO2微粉加入量为0和0.25%），永久线变化率最大的试样抗折强度最小（SiO2微粉加入量为0.5%），这和基质中生成有大量CA6引起体积膨胀，同时导致微裂纹产生有关。
    总之，添加少量SiO2微粉就会直接影响Al2O3-尖晶石浇注料的膨胀性。由于CA6含量不变，因此，获得一种具有较好体积稳定性及最佳尖晶石与CA6含量的Al2O3-尖晶石浇注料是可行的。
（张艳利编译自《UNITECR2009论文集》）