浇注料技术越来越重要，其在耐火材料中起着重要作用。因此，许多研究者对浇注料的性能和质量的改进进行了大量研究。德国的研究人员对含有部分稳定氧化锆的板状刚玉基浇注料的性能进行了研究，其目的不是找出最佳的ZrO2添加量，而是了解引入ZrO2如何影响产品的性能，尤其是抗热震性。
    以含100%板状刚玉低水泥浇注料试样作为参考样，其组成如表1所示。在此基础上，用部分稳定的电熔氧化锆（m（ZrO2）/m（CaO）=97/3）代替氧化铝骨料。试验方案具体如表2所示。试样1和2是用0~2 mm的氧化锆替代1~3 mm的板状刚玉粗颗粒，试样3使用0.2~1 mm的ZrO2替换同粒度的板状刚玉。
表1  参试样的组成
基质 铝酸钙水泥（Secar71） 粒度/mm 质量分数/%
 活性氧化铝  5
 板状刚玉 0~0.045 12.5
 板状刚玉 0~0.3  10
 板状刚玉 0.2~0.6 10
骨料 板状刚玉 0.5~1  17.5
 板状刚玉 1~3 35
添加剂 分散剂（FS40）  0.10
 缓凝剂  0.03
 水  5.0
 
 表2  含氧化锆试样的组成
试样 1 2 3
氧化锆加入量/% 17.5 25.75 13.75
粗颗粒
 1~3 mm 50%板状刚玉 25%板状刚玉 板状刚玉
 0~2 mm 50%ZrO2 75%ZrO2 
中颗粒（0.2~1 mm） 板状刚玉 板状刚玉 50%板状刚玉+50%ZrO2
细粉（0~0.2 mm） 板状刚玉 板状刚玉 板状刚玉
    称重、混合和浇注成所需试样后，在养护室内养护48 h后脱模，在110 ℃干燥72 h。烧成制度：在空气中以2 ℃•min-1加热到450 ℃，保温6 h，然后以2 ℃•min-1加热到1 300 ℃（氧化锆在此时发生相变）保温6 h。热处理后，根据相关标准测量体积密度、显气孔率、常温耐压强度、抗折强度、弹性模量（超声波法）。利用SEM观察试样的显微结构，热震损毁试验采用空冷法（950 ℃-室温）。
    研究结果显示，加水量对浇注料流动性的影响是相似的，每种试样最佳的加水量为5%。由于氧化锆原料的密度较大，加入ZrO2使得试样的体积密度增大，且随着氧化锆加入量的增加逐渐增大。由于脱水，显气孔率随着热处理温度的升高（110~1 300 ℃）而升高，常温耐压强度随着热处理温度的升高而增大。1 300 ℃处理后，添加氧化锆试样的显气孔率较高，但其耐压强度都比氧化铝浇注料试样的大。这是因为在加压过程中微裂纹吸收能量，增强了浇注料的结构性能。
    在110~1 000 ℃之间热处理，由于结晶水逸出造成气孔率增大，弹性模量降低。在较高温度处理时，晶粒长大以及致密化作用使得弹性模量增大。试样3和参考样的性能指标值相似，因为其粒度分布相同，氧化锆含量也较低。试样1和2中细颗粒增多，弹性模量降低。另外，氧化锆含量较高的试样2由于微裂纹的出现造成弹性模量进一步降低。加入氧化锆的试样在四方与单斜晶相转变期间，在ZrO2颗粒和基质之间的晶界处产生微裂纹，破坏了浇注料的显微结构，造成抗折强度不断降低。
    SEM检测烧后（1 300 ℃）试样的显微结构发现，对于参考样（氧化铝浇注料），其颗粒是致密的，边缘规整的，颗粒之间的连接程度相当地低。有一些均匀分布的，针状、板状CA6颗粒。颗粒中含有一些夹杂物（包括一定量Na2O）。对于含氧化锆的试样，ZrO2颗粒均匀分布在基质中，ZrO2颗粒与基质连接较好，颗粒边缘规整，而且1 300 ℃烧后没有发现损毁。
    抗热震性试验结果显示，1次热震之后，由于基质中裂纹的扩展，所有试样的弹性模量都降低。2次热震之后，所有试样的弹性模量值几乎不变，而且裂纹扩展也很稳定。总的来说，试样1的弹性模量比其他试样的低，热震循环4次后，其弹性模量已经不能检测了。SEM观察证实，试样1的基质已损毁。而试样3，直到热震循环10次后，弹性模量才降低约50％，对基质影响也不是很严重。试样热震后的抗折强度也是这样的变化规律。
    因此，添加剂氧化锆颗粒的粒度对浇注料的性能影响很大，使用ZrO2替换或部分替换同一粒度的氧化铝效果更好。虽然ZrO2造成材料力学性能下降，但是这些性能随着热震循环次数的增加变化稳定。
（编译自《52nd International Colloquium on Refractories 2009论文集》）