莫来石由于熔点高（1 850 ℃）而成为刚玉浇注料中一种有利的结合相。并且，莫来石具有良好的力学性能、低的热导率和热膨胀系数以及良好的化学稳定性。红柱石因其主要成分是Al2O360%和SiO238%，在高温下容易生成莫来石，从而增强结合。但是当红柱石处于多组分的浇注料中时，莫来石的生成情况会发生变化。挪威的研究人员分别通过考察SiO2微粉、红柱石细粉及水泥含量对低水泥和超低水泥浇注料常温与高温性能的影响，研究了红柱石-氧化铝基浇注料结合相中莫来石的形成状况。
    试验所用的主要原料有：红柱石、SiO2微粉（971U）、水泥（CA-14）、Alphabond 300、氧化铝（CT9FG和CT4000SG）、板状刚玉、电熔白刚玉、分散剂（Davan 811D）、柠檬酸等。浇注料颗粒级配按Andreasen分布曲线设计，取q值为0.25；具体配比见表1。
表1 浇注料的基本配方（w）/%
原料 无MS 0%AF
8%MS 4%AF
8%MS 6%AF
8%MS 0.5%CA
4%MS 3%CA
4%MS 6%CA
4%MS
红柱石骨料 34 34 34 34 34 34 34
电熔刚玉骨料 18 18 18 18 18 18 18
水泥 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 3 6
SiO2微粉 0 8 8 8 4 4 4
红柱石细粉 6 0 4 6 6 6 6
氧化铝细粉 47.9 39.5 35.5 33.5 40.7 38.7 35.7
分散剂和缓凝剂 0.1 0.05 0.05 0.05 0.1 0.1 0.1
注：表中MS表示SiO2微粉，AF表示红柱石细粉，CA表示水泥。
    按表1配料，干混4 min后，加水再湿混4 min，振动浇注成150 mm×25 mm×25 mm与160 mm×40 mm×40 mm尺寸的条状试样以及所需尺寸的圆柱试样。自然养护24 h脱模后，在110 ℃烘干24 h。
    常温抗折强度测试采用160 mm×40 mm×40 mm尺寸的条状试样，选取部分干燥后试样分别在600和1 000 ℃下热处理24 h后进行测量；高温抗折强度测试采用150 mm×25 mm×25 mm尺寸的条状试样，部分试样测试前分别在1 100、1 200和1 300 ℃热处理24 h（加热速率为5 ℃•min-1），未进行热处理的试样测试时分别在1 400和1 500 ℃保温24 h；高温蠕变测试根据ISO R 1893 (1970)标准测量，采用φ50 mm×50 mm且中间带有孔径为12.5 mm的圆柱试样，加以0.2 MPa的恒定荷载；根据相关标准测量不同温度下（分别在110、1 200、1 300、1 400与1 500 下热处理24 h）热处理后试样的体积密度、显气孔率与线变化率；选择高温抗折强度测试后的试样进行SEM微观结构分析以及能谱分析；对试样中的玻璃相成分进行半定量分析。
    研究结果显示，加入SiO2微粉可以不同程度地提高超低水泥浇注料的强度，特别是1 000 ℃热处理后的强度，这主要是由于加入SiO2微粉后，促进了烧结并和Al2O3反应生成了莫来石。
    高温抗折强度测试结果显示，未加SiO2微粉试样的高温抗折强度随温度的升高呈现逐渐增大的趋势，但均低于同一温度下添加SiO2微粉试样的高温抗折强度。添加SiO2微粉（4%和8%）试样的高温抗折强度（1 500 ℃）随保温时间变化的结果显示，两种配方试样高温抗折强度的变化趋势相同：在开始的5 h内，试样的高温抗折强度均逐渐降低，随后随着时间的延长高温抗折强度又逐渐增大；只是添加4%SiO2微粉的试样随时间的延长，高温抗折强度增加幅度较大，而添加8%SiO2微粉试样的高温抗折强度变化不大，这可能是因为当SiO2微粉添加量为8%时，1 500 ℃红柱石莫来石化时，多余的SiO2析出，形成液相，从而使试样的高温抗折强度降低。因此，在红柱石细粉加入量为6%时，SiO2微粉的最佳加入量为4%。
    在配方中加入红柱石细粉的试样，1 400 ℃时随保温时间的延长，其高温抗折强度呈缓慢增大的趋势，但总的来说仍低于未添加红柱石细粉的试样。结合以上分析可知，应该根据浇注料的使用温度，找出SiO2微粉和红柱石细粉的最佳含量，从而使材料具有最佳的高温性能。
    随着水泥加入量的增加，试样的高温抗折强度逐渐增大（1 500 ℃时除外，这和以前所测的氧化铝基和矾土基浇注料的情况相似），但加入量为3%和6%时，试样的高温抗折强度差别不大；试样的荷重变形量比预期的要大。
    显微结构分析发现，玻璃相多存在于热处理后红柱石颗粒的界面处，其颗粒内部则很少；取样（只分析小颗粒和中颗粒）对玻璃相的半定量分析结果显示，随着水泥加入量的增加，中小颗粒界面及内部的CaO含量逐渐增多；因此，可以推断基质中的CaO是通过SiO2液相传质到红柱石颗粒的内部，使得保留在基质中的CaO含量大大降低，这就是水泥加入量增大时，红柱石-氧化铝基试样1 500 ℃下的高温抗折强度降低幅度比氧化铝基和矾土基浇注料较小的原因。
    总之，和氧化铝基与矾土基浇注料不同，红柱石-氧化铝基浇注料中莫来石的形成与SiO2微粉及水泥的加入量不是呈直接的线性关系；SiO2微粉加入量过多时，红柱石中析出的SiO2未能参与反应生成莫来石，从而形成液相；基质中的CaO向红柱石骨料中扩散，降低了基质中的CaO含量，从而提高了浇注料的高温强度。
（编译自《UNITECR2009论文集》）