剛玉質(zhì)耐火材料具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的高溫性能。因而被廣泛應(yīng)用于冶金、建材以及石油化工等諸多行業(yè)。為了進(jìn)一步改善剛玉質(zhì)耐火材料的高溫性能，提高其使用壽命，通過向剛玉中加入不同添加劑的方法開發(fā)了各種復(fù)合材料。例如在剛玉中加入莫來石，利用莫來石的低膨脹性以及莫來石和剛玉熱膨脹系數(shù)間的差異，改善其抗熱震性能。
鉻是一種具有延展性、耐腐蝕和抗氧化的金屬。因此，向剛玉中添加金屬鉻，利用其“塑性成型”特性，獲得高致密度的成型坯體，有利于促進(jìn)材料的致密化燒結(jié)，另外，在加熱或使用過程中還可有效提高材料的抗熱震性能。另外，在加熱或使用過程中，部分金屬鉻氧化與AL2O3形成連續(xù)固溶體，可以進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度和抗渣侵蝕性能。因此通過添加金屬鉻粉，有望改善剛玉質(zhì)材料的綜合性能，進(jìn)而提高其使用壽命。
1、金屬鉻添加量對試樣抗熱震性能的影響
圖1示出了金屬鉻添加量對1500℃熱處理試樣抗熱震性能的影響。由圖1可知，未添加金屬鉻時，試樣CO強(qiáng)度保持率為83.2%。隨著金屬鉻添加量的增加，試樣的強(qiáng)度保持率增加。當(dāng)金屬鉻添加量為3%時，試樣的強(qiáng)度保持率最大達(dá)到95.1%。進(jìn)一步增加金屬鉻添加量，當(dāng)金屬鉻量為5%時，強(qiáng)度開始下降。
2、金屬鉻添加量對試樣抗渣侵蝕性能的影響
圖2示出了120℃干燥的坩堝試樣經(jīng)1500℃保溫2h渣侵蝕試樣后的切面照片。由圖可見，未添加金屬鉻的試樣CO內(nèi)壁空隙多且孔徑大，而添加金屬鉻的試樣孔隙較少�？芍S著鉻添加量的增加，爐渣向試樣內(nèi)部侵蝕的深度明顯減少，表明式樣的抗渣侵性能顯著提高。未添加金屬鉻的試樣CO的滲透深度為6.4mm，而添加3%的試樣滲透深度減少至4.1mm
3、金屬鉻在剛玉質(zhì)耐火材料中的作用機(jī)制
由以上試驗(yàn)結(jié)果可見，添加適量的金屬鉻可以顯著改善剛玉質(zhì)耐火材料的力學(xué)性能、抗熱震性和抗渣侵蝕性能。而這些性能的改善與金屬鉻在試樣內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)和微觀組織結(jié)構(gòu)變化由密切聯(lián)系。
金屬鉻的熔點(diǎn)為1907℃，在剛玉耐火材料制備和使用過程中為固相。但與剛玉相比，金屬鉻具有良好的塑性，有利于在成型過程中填充剛玉顆粒間的孔隙，提高試樣的生坯，密度。
金屬鉻在空氣氣氛下高于600℃時會發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cr2O3。試樣內(nèi)由部分金屬鉻氧化所產(chǎn)生的適量體積膨脹有利于試樣的致密化燒結(jié)。但是，當(dāng)燒成溫度為1600℃和金屬鉻添加量達(dá)到5%時，試樣線膨脹率為1.12%，體積膨脹過多，體積密度開始下降，氣孔增多。有金屬鉻氧化生成的Cr2O3與周圍的AL2O3相互擴(kuò)散，發(fā)生反應(yīng)形成的固溶體加強(qiáng)了試樣機(jī)制與基質(zhì)以及基質(zhì)與顆粒之間的連接，減少了顆粒間的空隙，提高了試樣的強(qiáng)度，同時也抑制了熔渣向試樣內(nèi)部的滲透。