特种耐火材料种类、物(wù)理(lǐ)性能(néng)及用(yòng)途介绍
2020-09-29 11:36:08 点击：
氧化锆制品
特种耐火材料的特点及分(fēn)类
特种耐火材料是一组熔点在1800℃以上的高纯氧化物(wù)、非氧化物(wù)和炭素等单一材料或各种复合材料為(wèi)原料的，其采用(yòng)传统生产工艺或特殊生产工艺生产的、制品具有(yǒu)特殊性能(néng)和特种用(yòng)途的新(xīn)型耐火材料，又(yòu)称為(wèi)特种耐火材料。
特种耐火材料的概念是在传统陶瓷、精密陶瓷和普通耐火材料以及功能(néng)性耐火材料的基础上发展起来的。特种耐火材料包括的内容非常广泛，主要有(yǒu)高熔点氧化物(wù)、高熔点非氧化物(wù)及由此衍生的复合化合物(wù)、金属陶瓷、高温涂层、高温纤维及其增强材料。其中高熔点非氧化物(wù)通常称难熔化合物(wù)，它又(yòu)包括碳化物(wù)、氮化物(wù)、硼化物(wù)、硅化物(wù)及硫化物(wù)等。
在使用(yòng)条件要求愈来愈苛刻和特殊的宇航、核能(néng)、冶金、電(diàn)子、化工、建材、交通等行业，普通耐火材料已满足不了新(xīn)的要求，只有(yǒu)具有(yǒu)耐高温、抗腐蚀、高温化學(xué)和热稳定性好的特种耐火材料才能(néng)承担这样的重任和满足使用(yòng)条件的要求。
特种耐火材料成本较高，但具有(yǒu)很(hěn)多(duō)优异性能(néng)，是很(hěn)多(duō)工业部门不可(kě)缺少、不能(néng)替代的产品。特别是在很(hěn)多(duō)新(xīn)技术、新(xīn)领域中，在很(hěn)多(duō)关键的部位替代其他(tā)产品，可(kě)以大幅度地提高使用(yòng)寿命，明显地增加了经济效益。
特种耐火材料的分(fēn)类方法很(hěn)多(duō)，有(yǒu)的以生产工艺分(fēn)类，有(yǒu)的以产品应用(yòng)分(fēn)类，但比较主要的分(fēn)类方法还是以原料和制品性状不同来分(fēn)类，大致可(kě)以分(fēn)成五方面：
(1)高熔点氧化物(wù)材料及其复合材料;
(2)难熔化合物(wù)材料(碳化物(wù)、氮化物(wù)、硼化物(wù)、硅化物(wù)等)及其复合材料;
(3)高熔点氧化物(wù)与难熔金属的复合材料(金属陶瓷)
(4)高温不定形材料及无机物(wù)涂层;
(5)高温纤维及其增强材料。
特种耐火材料的物(wù)理(lǐ)性能(néng)、
各种氧化物(wù)和非氧化物(wù)材料的熔点。
在元素中，以碳元素的熔点高，约為(wèi)3650℃，依次為(wèi)钨(W)3415℃，铼(Re)3180℃，钽(Ta)2980℃，锇(Os)
2727℃，钼(Mo)2620℃，铪(Hf)2207℃，铌(Nh)2468℃，钍
(Th)1845℃，钛(Ti)1672℃，锆(Zr)1855℃，其他(tā)大多(duō)数元素的熔点都在1800℃以下。这些金属元素都无法在氧化气氛下使用(yòng)。
在化合物(wù)中，熔点高的是碳化物(wù)，
依次是氮化物(wù)和氧化物(wù)。在氧化物(wù)中，熔点低的是酸性氧化物(wù)，如二氧化硅(Si02:),二氧化钛(TiO2)。其次是中性氧化物(wù)，如三氧化二铝
(Al2O3),三氧化二锫(Cr2O3)，熔点高的是碱性氧化物(wù)，如氧化铍(BeO)、氣化镁(MgO)、
氧化钙(CaO),氧化锶(SiO)。在元素周期表中第5、6、7周期某些元素的氣化物(wù)、碳化物(wù)、氮化物(wù)和硼化物(wù)，如氧化物(wù)：二氧化锆(ZK):)
7000X，二氧化钍(ThO2)3050t，二氧化铪(HfO1)2812℃，氧化镁(MgO)2800℃;碳化物(wù)：碳化铪(HfC)
4160℃，碳化锆(ZrC)3500℃，碳化钒(VC)2810℃.碳化钨(W2C)2857℃，碳化钦(TiC)3150℃;氮化物(wù)：氮化铪(Hm)
3310℃,氮化锆(ZrN)3000℃，二氮化二钛(TiM)2930℃;硼化物(wù)：二硼化铪(HfB2)3250℃，二硼化锆(ZrB2)
3190℃，六硼化钨(WB6)2920℃，这些化合物(wù)也都是高熔点化合物(wù)。
很(hěn)多(duō)元素及化合物(wù)，虽然熔点很(hěn)高，但要作為(wèi)特种耐火材料的原料使用(yòng)，还受到一定的限制，如有(yǒu)的原料在加热时产生分(fēn)解，有(yǒu)的原料有(yǒu)很(hěn)大的危害性或放射性，有(yǒu)的原枓的价格十分(fēn)昂贵，所以在应用(yòng)时应给予充分(fēn)考虑。
金属氮化物(wù)的合成方法有(yǒu)：
(1)用(yòng)氮气或氨直接与金属或金属氧化物(wù)作用(yòng)，反应温度在I200℃左右，如果用(yòng)氧化物(wù)代替金属，反应温度就需要高于2000℃。其反应式為(wèi)：
Me+N2→MeN
(2)用(yòng)氮气或氨与加有(yǒu)碳的金属氧化物(wù)反应。在氮气中形成氮。
特种耐火材料的组织结构和用(yòng)途
1、特种耐火材料的组织结构
特种耐火材料是一种多(duō)晶體(tǐ)材料。绝大多(duō)数特种耐火材料的微观组织结构為(wèi)晶相组成，而不含玻璃相，个别特种耐火混入微量杂质，在一定温度下形成共熔液相。晶粒与晶粒相遇的地方就形成晶粒的边界，简称晶界，对于由小(xiǎo)晶粒组成的多(duō)晶體(tǐ)来说，晶界的體(tǐ)积几乎占到一半以上，对晶體(tǐ)的性质有(yǒu)显著的影响。当晶粒细小(xiǎo)时，材料具有(yǒu)较高的机械强度，而粗晶容易造成裂纹和缺陷，使材料的机械强度下降。特种耐火材料的结构，亦含有(yǒu)一定量的气孔，对材料性能(néng)也有(yǒu)影响。所以一般要求特种耐火材料的组织结构均匀，玻璃相少，晶粒细小(xiǎo)而均匀為(wèi)好。
2、特种耐火材料的用(yòng)途 （1）特种耐火材料作為(wèi)高温工程的结构材料和功能(néng)材料得到广泛的应用(yòng)。 （2）在冶金工业中，广泛用(yòng)于耐高温、抗氧化、还原或化學(xué)腐蚀的部件；熔炼稀有(yǒu)金属、贵金属、难熔金属、超纯金属、特殊合金的坩埚、舟皿等容器；水平连铸分(fēn)离环、熔融金属的过滤装置和输送管道等。 （3）在航天和飞行技术中，用(yòng)于火箭导弹的头部保护罩、燃烧室内衬、尾喷管衬套、喷气式飞机的涡轮叶片、排气管、机身、机翼的结构部件等。 （4）在電(diàn)子工业中，用(yòng)做熔制高纯半导體(tǐ)材料和单晶材料的容器，半导體(tǐ)固體(tǐ)扩散源；電(diàn)子仪器设备中的各种耐高温绝缘散热部件；集成電(diàn)路的基板，蒸发涂膜用(yòng)的导電(diàn)舟皿等。 （5）高温工业中，用(yòng)做特种電(diàn)炉的高温发热元件、炉管、炉膛结构材料和保温隔热材料，各种测温热電(diàn)偶的内外保护套管等。 （6）在机械及國(guó)防工业中，用(yòng)做磨料、磨具、切削刀(dāo)具；装甲防护板等。 （7）在化工和轻工部门，用(yòng)做潜水泵和化工泵机械密封环；玻璃拉丝坩埚，流料槽及玻璃池窑砖等。 （8）在医學(xué)及农业部门，用(yòng)做人造关节、人造牙齿，并利用(yòng)它的生物(wù)相容性等特殊性能(néng)。
3、特种耐火材料展望
从材料的微观结构来看，将利用(yòng)结构的不均匀性，如微裂纹，微缺陷，晶界和界面性质，获得某种特殊性能(néng)。透光性陶瓷与今后的光通讯发展有(yǒu)很(hěn)大关系。陶瓷固體(tǐ)電(diàn)解质（βAl2O3、ZrO2等）的利用(yòng)将进一步扩大，从能(néng)源、环境、公害方面考虑，将很(hěn)有(yǒu)前途。超硬材料，如人造金刚石和立方氮化硼将进入工业生产阶段。用(yòng)特种耐火材料取代金属，如Si3N4和Al-Si-N-O取代金属制造轴承和涡轮叶片，会有(yǒu)很(hěn)大发展。复合材料，很(hěn)有(yǒu)前途，也会得到很(hěn)大发展。
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