耐火材料复习

1、.耐火材料的化学成分、矿物组成及微观结构决定了耐火材料的性质；

2、耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。

耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度，它表示耐火材料的基本性能。

3、耐火材料的分类方法很多，其中主要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。

酸性耐火材料：硅质，半硅质，粘土质

中性耐火材料:碳质,高铝质、刚玉质、锆刚玉质、铬质耐火材料

两性氧化物: Al2O3、Cr2O3

碱性耐火材料一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO为主要成分的耐火材料，镁质、石灰质、白云石质为强碱性耐火材料；镁铬质、镁硅质及尖晶石质为弱碱性耐火材料。

（1）硅质耐火材料含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包括硅砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产，其SiO2含量一般不低于93%，主要矿物组成为磷石英和方石英，主要用于焦炉和玻璃窑炉等热工设备的构筑。熔融石英制品以熔融石英为主要原料生产，其主要矿物组成为石英玻璃，由于石英玻璃的膨胀系数很小，因此熔融石英制品具有优良的抗热冲击能力。

(2)镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料，以方镁石为主晶相，MgO含量大于80%的碱性耐火材料。通常依其化学组成不同分为：

镁质制品：MgO含量≥87%，主要矿物为方镁石；

镁铝质制品：含MgO >75%，Al2O3含量一般为7-8%，主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（MgAl2O4）；镁铬质制品：含MgO>60% ，Cr2O3含量一般在20%以下，主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石;

镁橄榄石质及镁硅质制品：此种镁质材料中除含有主成分MgO外，第二化学成分为SiO2。镁橄榄石砖比镁硅砖含有更多的SiO2，前者的主要矿物成分为镁橄榄石，其次为方镁石；后者的主要矿物为方镁石，其次镁橄榄石；

镁钙质制品：此种镁质材料中含有一定量的CaO,主要矿物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙（2 CaO•SiO2）。

3）白云石质耐火材料

以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。主要化学成分为：30-42%的MgO 和40-60%的CaO，二者之和一般应大于90%。其主要矿物成分为方镁石和方钙石（氧化钙）。

4）碳复合耐火材料

碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与相应的耐火氧化物复合生产的耐火材料。一般而言，碳复合材料主要包括镁碳制品、镁铝碳制品、锆碳制品、铝碳制品等。

5）含锆耐火材料

含锆耐火材料是指以氧化锆（ZrO2）、锆英石等含锆材料为原料生产的耐火材料。含锆耐火材料制品通常包括锆英石制品、锆莫来石制品、锆刚玉制品等。

（6）特种耐火材料

碳质制品：包括碳砖和石墨制品；

纯氧化物制品：包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等；

非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化锆、硼化钛、塞伦(Sialon）、阿伦(Alon)制品等；

1.3耐火材料的组成、结构与性质

耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，在使用过程中除承受高温作用外，还不同程度地受到机械应力、热应力作用，高温气体、熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。

耐火材料的性质主要包括化学-矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质及高温使用性质等。

（1）化学组成

主成分 是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体的成分。耐火材料按其主成分的化学性质可分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。

杂质成分 耐火材料中由原料及加工过程中带入的非主要成分的化学物质（氧化物、化合物等）称为杂质。杂质的存在往往能与主要成分在高温下发生反应，生成低熔性物质或形成大量的液相，从而降低耐火材料基体的耐火性能，故也称之为熔剂。

添加成分 耐火材料的化学组成中除主要成分和杂质成分外有时为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加入少量的添加成分，引入添加成分的物质称为添加剂。按照添加剂的目的和作用不同可分为矿化剂、稳定剂、促烧剂等。

（2）矿物组成 矿物组成可分为两大类：结晶相与玻璃相，结晶相又分为主晶相和次晶相。填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和玻璃相统称为基质，也称为结合相。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处，在使用中无论物理因素还是化学因素的破坏，往往首先从基质部分开始，基质被破坏后，主晶相失去基质的保护被损坏

1.3.2 耐火材料的显微结构

耐火材料是由固相（包括结晶相与玻璃相）和气孔两部分构成的非均质体。它们之间的相对数量及其分布和结合形态构成了耐火材料的显微结构。而耐火制品的显微组织结构表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结合形态。耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：即陶瓷结合与直接结合（如方镁石。这种结合方式的高温性能要优越于前者）。

1.3.3 耐火材料的常温物理性质

（1）气孔率 开口气孔（显气孔）、贯通气孔、封闭气孔。也可分为开口气孔和封闭气孔两类。 耐火材料气孔率的指标常以显气孔率来表示： V1为制品中开口气孔的体积

V0为试样外表面围成的体积

（2）吸水率 （3）体积密度 （4）真密度与真比重 真比重的概念：单位体积耐火材料的重量与4℃单位体积水的重量之比值。（5）透气度

1.3.4 耐火材料的热学性质和导电性质

（1）热膨胀

耐火材料的体积或长度随着温度的升高而增大的物理性质称为热膨胀。

（2）热导率

耐火材料的热导率是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量，用λ表示：

（3）热容 它是表征材料受热后温度升高情况的参数

（4）导电性 某些耐火材料具有导电性，如含碳耐火制品具有导电性，而二氧化锆制品在高温下也具有

较好的导电性，可以作为高温下的发热体。

1.3.5 耐火材料的力学性质 耐火材料的力学性质是指制品在不同条件下的强度等物理指标，是表征耐火材料抵抗不同温度下外力造成的形变和应力而不破坏的能力。耐火材料的力学性质通常包括耐压强度 、抗折强度 、扭转强度、耐磨性、弹性模量（材料在其弹性范围内，在荷载σ（应力）的作用下，产生变形ε（应变），当荷载去除后，材料仍恢复原来的形状和尺寸，此时应力和应变的比值称为弹性模量。它表示材料抵抗变

形的能力，可用下式表示： ）及高温蠕变（某一恒定的温度以及固定载荷下，材料的形变与时间的关系，我国通常采用压缩蠕变）

1.3.6 耐火材料的高温使用性质

（1）耐火度 一定方法制成截头三角锥，上底每边长2mm,下底每边长8.5 mm,高30 mm,截面成等边三角形。试锥以一定升温速度加热，试锥软化弯倒,当其弯倒至顶点与底接触的温度，即为试样的耐火度。 10100%a V P V =⨯t F x T Q ∆∆∂∂∆-=)(λA P C S =232F l R bd =ε

σ=E