图4 代型材料试件第2、3、4次烧结的线膨胀率

2.2.4 热膨胀系数 平均热膨胀系数主要在8×10-6～11×10-6℃的范围内,在600℃时最大。且几次反复测量的结果十分接近,第3、4次测量结果几乎完全一致。

3 讨 论
3.1 凝固膨胀的测试方法
　　凝固膨胀的测试可采用普通顶杆式石英膨胀仪、垂直膨胀仪、专用凝固膨胀测试仪等测试法［1,2］。由于本实验材料的凝固膨胀较小,如采用垂直放置,受顶杆重量影响较大,故采用水平放置的方法。由于在凝固初期就有膨胀现象,如等待初凝后、测完试件原长再测试,可能会影响准确性,所以本试验采用带模测试。Hutton等［1］认为采用特制仪器带模测试提高了准确度。本试验使用的千分表位移计精度为1μm,如果使用带放大器的位移标定器,精度可达到0.1 μm。
3.2 凝固反应机理
　　此代型材料为磷酸盐系材料,以石英、方石英、Al2O3为填料,以NH4H2PO4、MgO为结合剂,用专用调拌液。粉液混合时,NH4H2PO4即溶解,并与MgO反应生成磷酸氨镁。每个磷酸氨镁分子通过氢键或静电结合6个水分子,生成NH4MgPO4.6H2O针状或柱状晶体［3］,并不断扩大,使代型材料体积膨胀,即为凝固膨胀。Hutton等［1］的研究表明凝固时间与凝固膨胀量没有相互关系,即凝固膨胀的量并不随着凝固时间的延长而增大,且凝固膨胀主要发生在凝固的最初1小时。由于本实验在专用液中加入了缓凝剂,膨胀主要发生在最初2小时,膨胀时间相对较长,2小时后材料因失去自由水而发生极轻度收缩,但并没有失去结晶水,证明材料常温下的性质是稳定的。
3.3 凝固膨胀与补偿收缩的关系
　　此种耐火代型材料在随粉浆涂塑钛合金底层冠加热后会因材料致密化、高温下脱结晶水而产生烧结后收缩,其它实验表明材料出现了约0.7%左右的较小收缩。凝固膨胀可抵消约0.3%,剩余0.3%～0.4%左右的收缩量,用隙料即可补偿。由于凝固阶段的膨胀有可能使模型产生不规则变形,故尽量用隙料来补偿收缩为主,辅以凝固膨胀来补偿。
3.4 高温下代型材料的变化
　　由第一次测量可以看到,在加热的初期60～170℃时代型料体积发生收缩,在160℃时代型料失去了大量结晶水。由于结晶水在第1次加热过程中已经失去,所以在第2,3,4次测量中没有体积收缩发生。表明在预烧结后可以获得稳定的热膨胀性能。此外由于石英(SiO2)在常压下存在7个变体和1个非晶型变体:石英、磷石英、方石英及它们的变体和石英玻璃。它们之间可以相互转化。这种转化分为两种:一种是重建型,另一种是位移型。在此代型料加热中发生的主要是后者。石英在常温下是β相的,在加热到573℃时转变为α相。方石英从β相向α相的转变温度是180～270℃,这两种转变都是可逆的,且伴随体积的增大。在4次测试中都发现在550～600℃之间出现了明显的膨胀,这与上述的理论相符合。但是测量中并没有观测到在180～270℃时方石英所出现的体积变化,这可能是因为方石英只占很少一部分,其体积变化在整体中太小不易被观测到。
3.5 热膨胀系数的匹配性
　　热膨胀系数是研制此种代型料的关键性能。这是由粉末冶金的方法烧结钛合金底层冠的技术所决定的。钛合金的膨胀系数比以往传统的底层冠金属低,粉浆涂塑用的膨胀系数约在10×10-6～11×10-6/℃左右［4］,此代型料的膨胀系数约为8×10-6～11×10-6/℃之间,基本相匹配。这为底层冠的研制奠定了基础,在进一步的研究中可以再进行适当的调整使两者更加匹配。

责任编辑：姚红祥