碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，广泛应用于陶瓷、耐材、冶金等高温行业。对于上述行业工业炉窑常用的水泥结合的高强耐磨自流浇注料来说，因其使用部位大多结构复杂、环境恶劣，需要材料具备较好的强度、自流性及耐磨性能。因此，在进行高强耐磨自流浇注料配方设计时，除控制骨粉料结构确保浇注料强度及流动性外，还通过加入适量碳化硅来提升浇注料的耐磨性能及抗冲刷性能。而如何控制碳化硅的颗粒形态及加入量就成为了本课题研究重点。

试验方案

1.1  原料选择
本课题选用山西孝义GL-85铝矾土、α-Al₂O₃微粉、92#硅微粉、Secar-68铝酸盐水泥、90黑碳化硅(SiC≥90%，Fe₂O₃≤2.0%，体积密度≥3.2g/cm³)、97碳化硅以及适量减水剂和缓凝剂。
1.2  试验过程

通过试验比对，在确保耐磨浇注料自流性的的前提下，设计基础配比如下表1。按要求完成配料，浇注成型为160mm×40mm×40mm试样，分别进行110℃×24h烘干、1100℃×3h和1400℃×3h热处理后，分别检测试样抗折强度、耐压强度、烧后线变化率以及耐磨值，并用“跳桌法”观察流动性。因碳化硅不同温度下反应复杂，其体积密度变化与碳化硅粒径变化不成规律，故本课题不对比体积密度变化。

表1 试验基础配比(wt%)

结果分析
2.1碳化硅粒度对浇注料性能的影响
本试验碳化硅分别以3~1mm、1~0mm和180目加入，比较1#(3~1mm15%)、2#(1~0mm15%)、3#(1~0mm10%和180目5%)、4#(1~0mm5%和180目10%)、5#(180目15%)时浇注料性能变化。

图1 不同碳化硅颗粒对浇注料性能的影响
从图1可看出，110℃烘干后，随着碳化硅粒度减小，浇注料线变化率减小，耐磨值增大，耐磨性降低，抗折和耐压强度先增大后减小，这主要是由于碳化硅具有瘠水性，能增强颗粒间密实度，粒度越小，浇注料加水量越小，结构更致密，而大颗粒碳化硅较细粉更耐磨;1100℃热处理后，碳化硅性能疲弱，粒度变化对线收缩影响不明显，随着碳化硅粒度减小抗折和耐压缓慢增加，耐磨性能变化趋势不改变;温度升至1400℃后，碳化硅粒度越小，浇注料烧结越充分，其结构越致密，使得线变化率减小，结构强度相应增大，但碳化硅粒径过小，其氧化程度加剧，过量液相产生，结构强度反而降低;同时，高温液相能促进试样烧结，缓和碳化硅粒度对材料耐磨性的影响，导致耐磨值变化不大。

综上，碳化硅颗粒1~0mm和180目比例为1：2时，此系列浇注料综合性能最理想。

2.2 碳化硅加入量对浇注料性能的影响
本试验碳化硅采用1~0mm、180目颗粒按1：2比列加入，比较碳化硅合计加入量分别为10%、15%、20%、25%、30%时浇注料综合性能的变化。

图2  不同碳化硅加入量对浇注料性能的影响
从图2可看出，随着碳化硅加入量增加，浇注料加水量增大、和易性变差。110℃干燥后，碳化硅未发生水化反应，浇注料线收缩增大，早期结构强度差且呈先升后降趋势，耐磨性先增大后减小;1100℃时，浇注料难于烧结，致密化程度不高，颗粒间结合力不大，耐磨性略有降低，强度变化不明显;继续升温至1400℃，随着碳化硅的增加，试样由收缩变为膨胀并逐步增大，部分SiC被氧化为Al₂O₃与细的Al₂O₃反应生成莫来石相，SiO₂和莫来石沉积在空隙中二次结合使材料结构更加致密，机械强度显著升高，耐磨性逐步增大，当碳化硅加入量为20%时其抗折、耐压强度达到最高值，但碳化硅加入量继续增加，高温下在浇注料表面形成较多的液相，结构强度下降。考虑该浇注料的综合性能及性价比，确定碳化硅加入量为20%最适宜。

应用

本课题研发的高强耐磨自流浇注料自2014年7月开始先后在云南昆钢水泥建材集团、云南昆钢重装集团和云南铜业西南精炼厂等企业工业炉窑上进行了应用，产品质量稳定，具有较好的施工和使用性能，平均使用寿命8个月以上，满足不同工业炉窑使用需求。