第一章 耐火材料的组成和性质
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如：SiO2在不同的条件下有不同的晶体结构， 表现出不同的性质。
又如：耐火原料中的“三石”也属于同质多 象变体，它们的化学组成同为Al2O3·SiO2，但不同 的晶体结构，所以表现出不同的性质。
对矿物的同质多象仅用化学分析是分析不出的， 用如下鉴定方法：X-ray射线衍射；显微镜分析； 差热分析（DTA）和热重分析（TG）。
试验Al2O3-SiC-C捣打料时，用多种烧结助剂 促进该材料的烧结，得到较好的效果。
2019/9/9
材料科学与工程学院
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二、矿物组成
1．矿物定义
是指地壳中的化学元素，经过各种地质作用 所形成的，并在一定条件下相对稳定的单质或化 合物。
矿物具有比较均一的成分和内部结构，因此 具有一定的几何形态和物理化学性质。
第一章 耐火材料的组成和性质
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。
耐火材料的质量取决于其性质，为了保 证热工设备的正常运行，所选用的耐火材料 必须具备能够满足和适应各种使用环境和操 作条件的性质。
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２、杂质成分
耐火材料的原料大多数是天然矿物，在耐火 材料中含有一定量的杂质。这些杂质是某些能与 耐火基体作用而使其耐火性能降低的氧化物或化 合物，即通常称为熔剂的杂质。例如镁质耐火材 料化学成分中的主成分为MgO，其他氧化物成分 属于杂质成分。
一般而言，单位熔剂在高温下生成的液相量 愈多，且随温度升高液相量增加愈多，说明该杂 质熔剂作用愈强，使耐火性能下降愈多。在生产 中愈要注意降低其含量。
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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。根据这些性质可以预测耐火材 料在高温环境下的使用情况。
耐火材料所具有的各种性质是热工设备 选择结构材料的重要依据，通常按照热工设 备的工作性质与操作环境，来研制、设计、 生产或选择能适应操作环境、满足使用要求 的耐火材料。
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第一节 耐火材料的化学矿物组成
一、化学组成
耐火材料的化学组成即耐火材料的化学成分， 它是耐火制品的最基本特性之一。是决定耐火材 料的物相组成以及很多重要性质如抗渣侵蚀性能、 耐高温性能、力学性能等的重要基础。
通常将耐火材料的化学组成按各个成分含量 的多少及作用分为以下几类：
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（３）烧结助剂
如：高级耐火材料------SiC耐火材料
它的键合性质是共价键，共价键份额占88%， 晶格能非常大，难以烧结，在不加压固相烧结过 程中，即使足够高的温度下，粉末（3～5μm）之 间也仅有微量的颈部长大，而不发生体积收缩致 密化。研究表明SiC能够在烧结助剂活化下不加压 固相烧结得比较致密，Mizrah等人用质量分数约 为结助0.5剂%，B（使以粒B度4C为的1.形7μ式m加α-S入iC）生和坯3可.0%以石在墨21的50烧℃ 下烧结到99%理论密度。
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1、主成分
是耐火材料的特性基础。主成分可以是: 氧化物（如SiO2、Al2O３、ZrO2、Cr2O３、 MgO、CaO）；可以是元素（如C）；或非 氧化物（如SiC）。
按主成分将耐火材料分成三类（如概述 介绍的按化学特性分一样）：酸性、中性和 碱性耐火材料。
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如：石墨（单质C，鳞片状结构）、刚玉 （状简）单化合物Al2O３、三方晶系，呈桶状，短柱
目前还存在“人造矿物”如：人造金刚石， 水泥熟料中的A矿（C3S）、B矿（C2S）等。
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2．矿物的同质多象现象
同种化学成分的物质在不同的外界条件下， 可生成结构不同，形态和物理性质方面均有差异 的矿物，这种现象称为同质多象现象（变体）。
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３、添加成分
在耐火制品生产中，为了促进其高温变化 和降低烧结温度，有时加入少量的添加成分。 添加成分按其目的和作用的不同分为：矿化剂、 稳定剂和烧结助剂。除可烧掉成分外，它们都 包含在制品的化学成分中。
(1) 矿化剂：促进某相转变而加入的成分。
如：在硅砖生产中，加入的铁鳞、石灰乳作 为矿化剂使高温α-方石英转变成α-鳞石英。
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检测标准
各国的检验标准有所不同，由于实验室条 件下的检验和实际有一定的差距；实验室的检 验结果仅起到预测作用；
苏联：TOCT 日本：JIS（Japanese Industrial Standards) 英国：BSI（British Standards Institution） 美国：ASTM（American Society of Testing Materials） 中国：GB
如:镁铬砖中的主晶相是方镁石； 镁铝砖中的主晶相是方镁石等。
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主晶相
次晶相又称第二固相，是在高温下与主晶相共 存的第二晶相。次晶相也是熔点较高的晶体，它 的存在可以提高耐火制品中固相间的直接结合， 同时可以改善制品的某些特定的性能。
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３、耐火材料的矿物组成 耐火材料是一个多相组成体，其矿物
组成取决于耐火材料的化学组成和生产工艺 条件，矿物组成可分为两大类：
结晶相 （主晶相、次晶相）
玻璃相
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主晶相
主晶相是指构成耐火制品结构的主体而 且熔点较高的结晶相，通常是由一定配比的 原料在不同的工艺条件下，通过高温物理化 学反应形成的，耐火制品中的主晶相随着其 在平衡体系中的组分和相对含量的不同而有 所不同。主晶相的性质、数量、结合状态直 接决定着耐火制品的性质。
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(２) 稳定剂：
如 ： ZrO2在高温下发生以下转变，并伴随体 积效应。
1100～1200℃
单斜ZrO2
四方ZrO2－△V （7～9%）
900～1000℃
当纯ZrO2在冷却时会发生体积膨胀，导致制 品疏松甚至开裂，所以要加入稳定剂如：Y2O３、 CaO、MgO，使四方ZrO2在常温下能够稳定存在。 其中以CaO与MgO使用的最多。
又如：耐火原料中的“三石”也属于同质多 象变体，它们的化学组成同为Al2O3·SiO2，但不同 的晶体结构，所以表现出不同的性质。
对矿物的同质多象仅用化学分析是分析不出的， 用如下鉴定方法：X-ray射线衍射；显微镜分析； 差热分析（DTA）和热重分析（TG）。
试验Al2O3-SiC-C捣打料时，用多种烧结助剂 促进该材料的烧结，得到较好的效果。
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二、矿物组成
1．矿物定义
是指地壳中的化学元素，经过各种地质作用 所形成的，并在一定条件下相对稳定的单质或化 合物。
矿物具有比较均一的成分和内部结构，因此 具有一定的几何形态和物理化学性质。
第一章 耐火材料的组成和性质
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。
耐火材料的质量取决于其性质，为了保 证热工设备的正常运行，所选用的耐火材料 必须具备能够满足和适应各种使用环境和操 作条件的性质。
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２、杂质成分
耐火材料的原料大多数是天然矿物，在耐火 材料中含有一定量的杂质。这些杂质是某些能与 耐火基体作用而使其耐火性能降低的氧化物或化 合物，即通常称为熔剂的杂质。例如镁质耐火材 料化学成分中的主成分为MgO，其他氧化物成分 属于杂质成分。
一般而言，单位熔剂在高温下生成的液相量 愈多，且随温度升高液相量增加愈多，说明该杂 质熔剂作用愈强，使耐火性能下降愈多。在生产 中愈要注意降低其含量。
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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。根据这些性质可以预测耐火材 料在高温环境下的使用情况。
耐火材料所具有的各种性质是热工设备 选择结构材料的重要依据，通常按照热工设 备的工作性质与操作环境，来研制、设计、 生产或选择能适应操作环境、满足使用要求 的耐火材料。
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第一节 耐火材料的化学矿物组成
一、化学组成
耐火材料的化学组成即耐火材料的化学成分， 它是耐火制品的最基本特性之一。是决定耐火材 料的物相组成以及很多重要性质如抗渣侵蚀性能、 耐高温性能、力学性能等的重要基础。
通常将耐火材料的化学组成按各个成分含量 的多少及作用分为以下几类：
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（３）烧结助剂
如：高级耐火材料------SiC耐火材料
它的键合性质是共价键，共价键份额占88%， 晶格能非常大，难以烧结，在不加压固相烧结过 程中，即使足够高的温度下，粉末（3～5μm）之 间也仅有微量的颈部长大，而不发生体积收缩致 密化。研究表明SiC能够在烧结助剂活化下不加压 固相烧结得比较致密，Mizrah等人用质量分数约 为结助0.5剂%，B（使以粒B度4C为的1.形7μ式m加α-S入iC）生和坯3可.0%以石在墨21的50烧℃ 下烧结到99%理论密度。
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1、主成分
是耐火材料的特性基础。主成分可以是: 氧化物（如SiO2、Al2O３、ZrO2、Cr2O３、 MgO、CaO）；可以是元素（如C）；或非 氧化物（如SiC）。
按主成分将耐火材料分成三类（如概述 介绍的按化学特性分一样）：酸性、中性和 碱性耐火材料。
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如：石墨（单质C，鳞片状结构）、刚玉 （状简）单化合物Al2O３、三方晶系，呈桶状，短柱
目前还存在“人造矿物”如：人造金刚石， 水泥熟料中的A矿（C3S）、B矿（C2S）等。
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2．矿物的同质多象现象
同种化学成分的物质在不同的外界条件下， 可生成结构不同，形态和物理性质方面均有差异 的矿物，这种现象称为同质多象现象（变体）。
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３、添加成分
在耐火制品生产中，为了促进其高温变化 和降低烧结温度，有时加入少量的添加成分。 添加成分按其目的和作用的不同分为：矿化剂、 稳定剂和烧结助剂。除可烧掉成分外，它们都 包含在制品的化学成分中。
(1) 矿化剂：促进某相转变而加入的成分。
如：在硅砖生产中，加入的铁鳞、石灰乳作 为矿化剂使高温α-方石英转变成α-鳞石英。
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检测标准
各国的检验标准有所不同，由于实验室条 件下的检验和实际有一定的差距；实验室的检 验结果仅起到预测作用；
苏联：TOCT 日本：JIS（Japanese Industrial Standards) 英国：BSI（British Standards Institution） 美国：ASTM（American Society of Testing Materials） 中国：GB
如:镁铬砖中的主晶相是方镁石； 镁铝砖中的主晶相是方镁石等。
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主晶相
次晶相又称第二固相，是在高温下与主晶相共 存的第二晶相。次晶相也是熔点较高的晶体，它 的存在可以提高耐火制品中固相间的直接结合， 同时可以改善制品的某些特定的性能。
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３、耐火材料的矿物组成 耐火材料是一个多相组成体，其矿物
组成取决于耐火材料的化学组成和生产工艺 条件，矿物组成可分为两大类：
结晶相 （主晶相、次晶相）
玻璃相
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主晶相
主晶相是指构成耐火制品结构的主体而 且熔点较高的结晶相，通常是由一定配比的 原料在不同的工艺条件下，通过高温物理化 学反应形成的，耐火制品中的主晶相随着其 在平衡体系中的组分和相对含量的不同而有 所不同。主晶相的性质、数量、结合状态直 接决定着耐火制品的性质。
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(２) 稳定剂：
如 ： ZrO2在高温下发生以下转变，并伴随体 积效应。
1100～1200℃
单斜ZrO2
四方ZrO2－△V （7～9%）
900～1000℃
当纯ZrO2在冷却时会发生体积膨胀，导致制 品疏松甚至开裂，所以要加入稳定剂如：Y2O３、 CaO、MgO，使四方ZrO2在常温下能够稳定存在。 其中以CaO与MgO使用的最多。