耐火陶瓷纤维基础知识

耐火陶瓷纤维基础知识一、耐火陶瓷纤维定义

以SiO

2、AL

2

O

3

为主要成分且耐火度高于1580℃纤维状隔热材料的总称。

二、耐火陶瓷纤维的特点

1、耐高温：使用温度可达950-1450℃。

2、导热能力低：常温下为0.03w/m.k，在1000℃时仅为粘土砖的1/5。

3、体积密度小：耐火陶瓷纤维制品一般在64-500kg/m3之间。

4、化学稳定性好：除强碱、氟、磷酸盐外，几乎不受化学药品的侵蚀。

5、耐热震性能好：具有优良的耐热震性。

6、热容量低：仅为耐火砖的1/72，轻质转的1/42。

7、可加工性能好：纤维柔软易切割,连续性强，便于缠绕。

8、良好的吸音性能：耐火陶瓷纤维有高的吸音性能，可作为高温消音材料。

9、良好的绝缘性能：耐火陶瓷纤维是绝缘性材料，常温下体积电阻率为

1×1013Ω.cm，800℃下体积电阻率为6×108Ω.cm。

10、光学性能：耐火陶瓷纤维对波长1.8-6.0um的光波有很高的反射性。

三、耐火陶瓷纤维的分类

1、按结构可分为晶质纤维和非晶质纤维两大类。

2、按使用温度可分为：

普通型耐火陶瓷纤维使用温度950℃

标准型耐火陶瓷纤维使用温度1000℃

高纯型耐火陶瓷纤维使用温度1100℃

高铝型耐火陶瓷纤维使用温度1200℃

锆铝型耐火陶瓷纤维使用温度1280℃

含锆型耐火陶瓷纤维使用温度1350℃

莫来石晶体耐火纤维（72晶体）使用温度1400℃

氧化铝晶体耐火纤维（80、95晶体）使用温度1450℃

3、生产方法

（1）非晶质纤维

原材料经电阻炉熔融，在熔融状态下，在骤冷（0.1S）条件下，在高速旋转甩丝辊离心力的作用下或在高速气流的作用下被甩丝而成或被吹制而成的玻璃态纤维。

（2）晶体纤维

生产方法主要有胶体法和先驱体法两种。

胶体法：将可融性的铝盐、硅盐，制成一定粘度的胶体溶液，按常规生产方法成纤后经热处理转变成铝硅氧化物晶体纤维。

先驱体法：将可溶性的铝盐、硅盐，制成一定粘度的胶体溶液，随后被先驱体（一种膨化了的有机纤维）吸收，再进行热处理，转变成铝硅氧化物晶体纤维。

三、耐火陶瓷纤维相关概念

1、耐火材料

耐火度大于1580℃的无机非金属材料。

2、耐火纤维

耐火度大于1580℃的纤维状隔热材料的总称。

3、熔点

材料内部液相与固相处于平衡时的温度。

4、耐火度

材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。

它代表材料抵抗高温而不被融化的一种能力。

5、分类温度

又称为极限使用温度，指耐火纤维在此温度下能够短时间使用的极限温度。

判定依据：耐火纤维在分类温度下保温24小时，加热线收缩小于4%。

6、工作温度

又称为长期使用温度，指耐火纤维在此温度下能够长时间安全使用的极限温度。判定依据：耐火纤维在工作温度下保温24小时，加热线收缩小于3%。

7、耐压强度

耐火材料在一定温度下，按一定速度增加压力至其破坏时，单位面积上所承受的极限荷载。单位：MPa。

8、抗拉强度

耐火纤维制品单位面积上抵抗张拉应力的能力。单位：MPa。

9、抗折强度

耐火纤维制品单位面积承受弯矩时的极限折断力。单位：MPa。

10、加热线变化

将一定尺寸的试样按规定的升温制度加热，并在规定的温度下保持一定时间，然后在室温下测量其长度后长度方向发生的不可逆转的变化量。

11、导热系数

A、物理意义：表征物质导热能力的大小。

B、数值表示：物质在1平方米的面积上，在1米的厚度上，在1小时的时间内，传导的热量为1瓦，则该物质的导热系数为1W/m.k。1Kcal/m.h.℃=1.163 W/m.k。

C、影响因素：物质的导热系数值，取决于该物质的结构、容重、温度、压力、所处环境气氛和湿度等因素。

D、数值确定：通常采用直接测试法和计算法。

计算法：天然料λ=0.035+0.203（t均/1000）2kcal.m.h.℃

合成料λ=0.054+0.272×10-6 t均2W/m.k

测试法：热线法。特点：速度快，精确度低。

平板法。特点：速度慢，精确度高（我司采用）。

12、渣球含量

耐火陶瓷原棉中未成纤维部分的百分含量。一般要求渣球含量小于15% 。

渣球：指粒径大于0.25mm未成纤物质。

13、非纤维状物质含量

耐火陶瓷原棉中未成纤维部分的百分含量。一般要求非纤维状物质含量小于40% 。

非纤维状物质：指粒径大于0.075mm未成纤维物质（包括渣球与部分粗短纤维）。

四、耐火陶瓷纤维保温机理

1、热量的传播途径：传导、对流、辐射

2、导热系数的大小：固体>液体>气体

3、耐火陶瓷纤维的组成：纤维和空气。

4、耐火陶瓷纤维主要的传热途径：纤维的传导传热、气体的对流传热、纤维的辐射传热。

5、耐火陶瓷纤维保温机理分析：

除氢气外，大多数气体包括空气在静止状态下都是一种低导热系数和低热容量的物质。耐火陶瓷纤维导热系数接近于气体，这是因为耐火陶瓷纤维是由固态纤维交织而成的，空隙中充满了空气，空隙率达到了90%左右。大量空气的充填破坏了固态痱子的连续网络结构，从而使耐火陶瓷纤维具有优良的高温保温性能。

（1）纤维的传导传热：纤维交织没有方向性，固体相导热只能沿着纤维杆的方向进行，所以纤维的导热并不完全垂直于热面，因此传播途径延长，另外纤维间80%是点接触，进一步增大了传导传热的热阻，最终结果是：热量依靠纤维传导的形式在耐火纤维内部传导热量效果不明显。

（2）气体的对流传热：由于耐火陶瓷纤维的气孔率太高，气体被纤维分割成几乎处于静止不动的小气孔仓。由于分散的多气孔仓内的压力是一定的，该气压将与固态纤维一起形成一个密实体屏蔽（形成屏蔽气压）阻碍着热气流的侵入。由于气体几乎处于静止不动的状态，气体所吸收的热量只能以传导的方式在气体内部传播，又因气体在静止状态下具有很小的导热系数所以，热量依靠气体的传热效果不明显。

（3）纤维的辐射传热：首先因耐火陶瓷纤维呈不透明状态，热射线无法穿透纤维；其次由于纤维有效面积很小，接受的辐射能量也很小因此通过纤维辐射进行传热效果不明显。

五、耐火陶瓷纤维损毁(粉化)机理

耐火陶瓷纤维是继传统耐火材料和不定型耐火材料之后发展起来的第三代耐火材料。与前两类材料相比，它的耐高温性能和绝热性能更好，质量更轻，保温效果更好。然而，陶瓷纤维在应用上也存在缺点：耐火陶瓷纤维的稳定性较差，抗侵蚀、抗气流冲刷、抗剥落等性能均较差，长期于高温下保露时，会发生析晶和晶粒生长，在加上腐蚀性炉气的侵蚀，气流的冲刷等因素的影响，易粉化脱落。

1、温度对耐火陶瓷纤维粉化的影响

从热力学的角度看，玻璃态的耐火陶瓷纤维处于一种亚稳状态。所以只要在一定的温度条件下加热，纤维内部就会产生质点重排，玻璃态就会转化为结晶态，纤维就会析晶。

900℃1100℃

非晶质耐火纤维莫来石晶相

析晶析晶、晶粒长大

方石英晶相1300℃方石英晶粒长大