耐火澆注料是一種多相非均質體，其在熱沖擊下的損毀形式較為復雜，內部裂紋在擴展過程中會在氣孔、物相相界、晶界等位置發(fā)生偏轉產生能量損耗而受阻。在耐火澆注料抗熱震性測試的相關標準中，通過分析受熱端面破損率、出現可見裂紋的熱震次數、承受恒定載荷而不發(fā)生破壞的熱震次數、抗折強度保持率、耐壓強度保持率、彈性模量保持率等指標評價材料的抗熱震性。

除上述方法外，在熱震過程中，亦可采用彈性模量、抗折強度和超聲波波速的衰減來表征材料內部缺陷的變化特點。彈性模量的衰減主要是因為材料內部微裂紋的形成，材料內部微裂紋數量的增加會導致彈性模量值的減小。抗折強度的減小與材料內部最大缺陷的尺寸相關，如果材料內部最大裂紋尺寸在熱震過程中有所發(fā)展，其抗折強度將出現明顯下降。耐火材料超聲波無損檢測技術能夠對材料內部裂紋、氣孔等缺陷進行相關分析。超聲波波速的減小說明材料內部連貫性下降，如更多的裂紋、氣孔等缺陷的生成。耐火澆注料在熱震過程中內部會生成大量的缺陷，利用單一評價方法評價材料的抗熱震性無法得到準確的結果。

鑒于此，擬以水合氧化鋁(ρ-Al2O3)結合莫來石質澆注料為對象，通過在澆注料內引入第二相鋼纖維，利用不同材料熱膨脹系數的差異性在內部形成微裂紋以達到改善抗熱震性能的目的。

圖1為1200 ℃熱處理后不同鋼纖維加入量對莫來石質澆注料常規(guī)物理性能的影響。由圖1可見，隨著鋼纖維加入量的增加，澆注料線收縮率逐漸變小(見圖 1a)。這是因為鋼纖維的熱膨脹系數較大約為(12~14)×10–6 /℃，遠高于莫來石澆注料基體約為(4~6)×10–6 /℃，造成添加鋼纖維后的線變化率趨向于膨脹。同時，隨著鋼纖維加入量的增加，成型時所需加水量增加，雖然鋼纖維密度大于莫來石基體材料，但因鋼纖維加入量不大(最大量為2.5%)，導致澆注料的體積密度隨鋼纖維添加變化較小，即體積密度在2.65~2.68 g/cm3，顯氣孔率在14.6%~15.5%波動變化。熱震后因材料內部裂紋的出現，結構變得疏松，表現為澆注料的 體積密度下降(見圖 1b)，顯氣孔率增加(見圖 1c)

圖2為莫來石質澆注料熱震前后的性能變化。由圖2a可見，熱震后澆注料的抗折強度保持率呈現先增加后降低的變化規(guī)律，當鋼纖維加入量為1.5%時，熱震后抗折強度保持率達到最大，這表明鋼纖維的引入有助于提高材料的斷裂韌性，減緩熱震過程中內部缺陷的生成擴展，提升澆注料的抗熱震性，但過量鋼纖維可能會導致澆注料內部缺陷數量和尺寸增加，反而降低材料的抗熱震性。 

在熱震過程中，隨著鋼纖維的增加，澆注料內部缺陷的數量會增多，也將導致材料彈性模量保持率的降低(見圖2b)；缺陷數量增多提高了彼此間橋接互聯(lián)的概率，增加了澆注料基體結構的不連貫性，引起材料超聲波波速保持率的下降(見圖 2c)。

圖3為不同鋼纖維加入量莫來石澆注料熱震后SEM 照片。鋼纖維加入量為 0、1.5%、2.5% (質量分數)的澆注料樣品，由于SEM分析樣品來自1 200 ℃處理后的1100 ℃ 3 次熱震循環(huán)后樣品，鋼纖維經過4次熱處理后多數已熔化至基體材料中，甚至局部可能形成含Fe玻璃相，因此 SEM 觀察中并未看到殘留鋼纖維。由于熱處理溫度不高且保溫時間不長(1 200 ℃保溫 3 h)，局部還可看到未反應的仍保持原來絮狀團聚形貌的活性 ρ-Al2O3 (見圖3中箭頭所指的呈深灰色團狀相)。

結論：少量鋼纖維(不大于1.0%)加入時，澆注料的斷裂能、抗熱應力損傷因子會隨鋼纖維量增加呈下降趨勢：當其加入量介于1.0%~2.0%之間時，澆注料的抗裂紋擴展能力隨鋼纖維加入量增加而增加，進而提高了抗熱震性能；但過量鋼纖維(大于2.0%)會導致抵抗微裂紋擴展能力的再次下降。 抗熱震性試驗過程中，澆注料內部缺陷的數量和尺寸會隨鋼纖維加入量增大而增加，導致彈性模量保 持率和超聲波波速保持率的持續(xù)下降，而抗折強度 保持率則呈現先增加后降低的變化規(guī)律。