【无机非】耐火材料 考点总结

第一章

耐火材料的定义及分类  传统的定义：耐火度不小于1580℃的无机非金属材料；

ISO的定义：耐火度不小于1500℃的无机非金属材料及制品。

2、按化学性质分类

（1）酸性耐火材料 中性耐火材料 碱性耐火材料 

3、按制造方法分类  块状耐火材料;不定形耐火材料;烧制耐火材料;熔铸耐火材料。

4、按耐火度分类普通耐火材料;高级耐火材料;特级耐火材料

5、按形状和尺寸分类  标准砖;  异型砖;管形材;耐火器皿。

6、按使用场合分类  冶金用;水泥窑用;玻璃窑用;陶瓷窑用;锅炉用。

7、按性质分类

按密度分：轻质 (气孔率45%-85%)、重质；

按功能特性：抗蠕变性、耐磨性、抗渣性等

耐火材料按气孔率分类：特致密制品；高致密制品；致密制品；烧结制品；普通制品；轻质制品；超轻质制品

第二章：

耐火材料的结构1、显微结构  反映晶粒大小、晶体间及与基质间的分布状态等信息。     耐火材料按其主晶相和基质的成分可以分为两类:(1)是含有晶相和玻璃相的多成分耐火制品，硅砖、粘土砖；(2)是仅含晶相的多成分的结晶体，如镁砖等碱性耐材。   

（1） 陶瓷结合

（2） 直接结合

2宏观结构 耐火材料是固相和气孔构成的非均质体。这些气孔、固体的大小、形状、容积、分布状态等特征对耐材制品的性能有重要影响。可用肉眼和普通光学显微镜观察。这类结构特征称为耐材的宏观结构。气孔——起重要作用。气孔是成型过程中残留于制品内的气体。气孔包括开口气孔和闭口气孔，气孔存在可使耐火材料的机械性能显著下降。合理控制耐火材料中气孔的数量、形态和分布极为重要。 耐火制品是矿物组成体，制品的性质是其组成矿物和宏观、微观结构的综合反映。    对耐材的宏观、显微结构的关注，可以从以下方面研究与考察：（1）主晶相、次晶相、基质的结合状态；（2）气孔种类、气孔率、气孔大小、分布状态。

常温抗折强度 材料单位面积所承受的极限弯曲应力。 耐火材料在使用时，除受压应力外，还受弯曲应力和剪应力的作用。一般，抗折强度是耐压强度的1/2～1/3

高温抗折强度：材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力。

高温蠕变性材料在恒定的高温、恒定的外力作用下所发生的缓慢变形，称高温蠕变。受外力作用产生的变形随时间而增加的现象。 蠕变性的影响因素分析1）使用条件：温度高、荷重大、时间长，则蠕变大。2）气氛性质：氧化或还原气氛，使得Fe变价，影响粘度。3)化学矿物组成：晶相与玻璃相的相对多少，玻璃相对晶相的润湿性、粘度等，都是晶相时，晶体的弹性、键强、发育程度、缺陷的影响如空位、位错、晶界滑移等。4)显微结构的影响：气孔多，蠕变大。所以提高材料的抗蠕变性，考虑适当的降低气孔率。

比热容（1） 定义：常压条件下，加热单位质量的物质使之温度升高 1℃所需要的热量（2） 讨论比热容 的意义：① 在烘、冷窑（炉）时，筑体材料的热容会影响窑炉体的升（降）温速度；② 筑体材料的热容直接影响着窑炉体的蓄热量。（3） 影响 c 的因素： ① 材料的化学、矿物组成； ② 温度T：耐火材料的热容一般 随 T 升高而增大。比热容的检测方法  多采用量热计法。Q=cmΔt 1．耐火度  耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度 (与熔点不同）。熔点是纯物质的结晶相与其液体处于平衡状态下的温度；耐火度是多相固体混合物在开始熔融温度与熔融终了温度范围内液相和固相同时共存。

耐火度与熔点的区别：(1)熔点指纯物质的结晶相与液湘处于平衡时的温度；(2)熔点是一个物理常数；

耐火材料为多相混合体，其熔融是在一定的温度范围内进行的，所以耐火度是一个工艺指标因此耐火度的高与低与材料的允许使用温度并不等同，也就是说耐火度不是材料的使用温度上限，只有综合考虑材料的其它性能和使用条件，才能作为合理选用耐火材料的参考依 

耐火度的影响因素 ① 耐火制品的化学矿物组成及其分布状态是影响其耐火度的主要因素。② 杂质成分特别是具有强熔剂作用的杂质，将严重降低制品的耐火度。③ 测定条件也将影响到耐火度的大小2．荷重软化温度  它表示耐火材料在高温和荷重同时作用时的抵抗能力，也表示耐火材料呈现明显塑性变形的软化范围。 影响荷软的因素：1)化学矿物组成。晶相构造和性状、晶相与液相的比例和相互作用、液相粘度等。2)生产工艺。制品烧成温度和气孔率等。◆原料纯度、杂质成分的性质和含量。3）测定条件。升温速率快，荷软温度较高。测定荷软的意义：可以作为材料最高的使用温度。提高荷软点措施：提高原料纯度；改善结合相成分。

3．高温体积稳定性  耐火材料在高温下长期使用时，其外形体积保持稳定不发生变化(收缩或膨胀)的性能称为高温体积稳定性。一般用材料重烧线变化率和重烧体积变化率来表示。问题：一般材料的重烧都是收缩的，为什么在砌筑窑炉等热工设备时还要留膨胀缝？因为两者不是在相同的温度下使用的，在未达到重烧温度前，材料是热胀冷缩的，所以砌筑窑炉时要预留膨胀缝。当温度达到重烧温度后，由于液相的生成，材料发生重烧收缩。依据：热膨胀系数。

5、热震稳定性（1） 定义：耐火材料抵抗温度急剧变化而不破坏的性质。或称抗热震性、热稳定性。★ 耐火材料是非均质的脆性材料，与金属材料相比，其导热性差，弹性小，抗张强度低，使得其抵抗热应力破坏的能力差，即热震稳定性差。热应力产生原因：1机械约束；2）均质材料中出现温度梯度；3）非均质固体中各相之间的热膨胀系数的差别；4）单相多晶体中热膨胀系数各向异性。

5、抗渣性（1） 定义：耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀而不损坏的性质。 ★ 熔渣侵蚀是耐火材料损坏的最常见形式之一。所谓熔渣，在此泛指各种对耐火材料有侵蚀作用的固态、液态和气态物质，其中尤以液态熔渣的侵蚀作用最大。熔渣侵蚀过程分两个阶段：熔渣与耐材接触与渗透；继而发生反应与危害。

   A 熔渣与耐材接触与渗透：渗透渠道：孔隙和裂纹；基质；晶界  ①熔渣经毛细管和裂纹的渗入

②熔渣沿基质渗入③熔渣沿晶界的侵入  熔渣与耐火材料发生反应，一般可分为以下两种情况：①单纯溶解②反应溶解降低溶解速度的措施：1、降低溶解度和耐火材料在熔渣中的浓度差值。2、降低扩散系数和提高扩散层厚度。耐火材料的结构崩裂1)变质层的形成；2)结构的崩裂；避免耐材结构崩裂的措施：降低熔渣的渗透性。渣蚀的其他反应与危害1)加速熔毁；2)还原与氧化的危害；3)冲蚀。（4） 影响耐火材料抗渣能力的因素：1)耐火材料的化学矿物组成及显微结构；2)耐火材料在熔渣中的溶解度或溶解速度；（4） 测试方法    耐火材料抗渣蚀性能的检验方法有熔锥法、坩埚法、浸渍法、转动浸渍法、撒渣法和回转法等。

6．耐真空性  是指耐火材料在真空和高温下服役时的耐久性

7、抗水化性  碱性耐火材料如氧化钙质材料，在生产使用过程中与环境中水(气态或液态)发生反应而丧失强度的现象叫水化反应。耐火材料抵抗水化的能力叫抗水化性。提高制品抗水化性的措施主要是提高原料的锻烧温度，降低其化学反应活性。有时采用有机无水结合剂，或采用浸渍处理，以隔绝空气中水与制品的接触。

8、抗氧化性  含碳耐火材料在高温下抵抗氧化的能力叫抗氧化性。改善抗氧化性的主要方法有：

  (1)选择抗氧化能力强的碳素材料，加高纯鳞片状石墨；

  (2)改善制品结构特征，增加制品致密度，减少贯通气孔存在，以减少氧与碳的反应界面；

  (3)使用微量添加剂，有些物质在高温使用条件下，先于碳同氧反应．在工作制品表面形成薄且致密的反应层，能阻止氧—碳反应。常用添加成分有Si、Al、Mg等。

基本特征 二、真密度和体积密度 三、耐火度 四、荷重软化温度 五、高温体积稳定性  六、耐热震性 七、抗渣性 。

耐火材料典型的高温蠕变曲线分三个特征阶段：

（1）oa-起始段：加外力后发生瞬时弹性变形，外力超过试验温度下的弹性极限时会有部分塑性形变；

（2）ab-第一阶段：紧接上阶段的蠕变为一次蠕变，初期蠕变，应变速率de/dt随时间增加而愈来愈小，曲线平缓，较短暂；

（3）bc-第二阶段：二次蠕变，黏性蠕变、均速蠕变或稳态蠕变。应变速率和时间无关，几乎不变。蠕变曲线最小速率；

（4）cd-第三阶段：第三次蠕变，加速蠕变。应变速率de/dt随时间稍微增加而迅速增加，曲线变陡直到断裂，最终断裂在d点。

耐火度：耐火材料在高温下抵抗熔化的能力。

耐火度的测定方法：

将材料做成截头三角锥。在规定的加热条件下，与标准高温锥弯倒情况作比较。直至试锥顶部弯倒接触底盘，此时与试锥同时弯倒的标准高温锥可代表的温度即为该试锥的耐火度。

烧成是对坯体进行加热处理，使其达到烧结的工艺过程

 升温阶段：从开始加热至最高烧成温度的阶段。

温度变化范围较大，坯体内产生下列物理化学变化。

（1）水分排除。室温至200℃，排出砖坯中残存自由水和大气吸附水。砖中留下气孔，具有透气性，有利于下一阶段反应。

（2）分解、氧化。200~1000℃。

 黏土砖和高铝砖：结合黏土的杂质矿物及有机物质的分解和氧化，黏土矿物分解脱水并开始产生低熔液相；

 硅砖中的Ca(OH)2分解，石英发生晶型转变，β-石英转变为α石英，CaO与SiO2的反应亦在此阶段进行；

 镁砖是氢氧化物及结构水的排除。砖坯质量减少，气孔率进一步增大，强度有较大的下降或稍有提高。

（3）形成液相或新的耐火相。

 1000℃以上分解作用继续进行。随温度升高其液相生成量增加，新的耐火相开始形成，并进行溶解、重结晶。

 黏土砖和高铝砖此阶段液相量大量增加，坯体剧烈收缩及烧结；硅砖中石英相转变速度大大增加，坯体密度显著下降；镁砖中出现固相反应，制品开始烧结。

 扩散、流动和溶解-沉析等传质进行，颗粒在液相表面张力作用下使坯体致密、体积缩小、气孔率降低、强度增大，烧结急剧进行。

保温阶段:亦称为烧结阶段，这时温度为最高烧成温度。在此阶段中各种反应趋于完全、充分，液相量继续增加，结晶相进一步长大而达到致密化即所谓“烧结”。特种耐火材料的固相反应及烧结亦在此阶段完成。

冷却阶段：是从最高烧成温度降至室温的冷却过程。

  发生耐火相的析晶、某些晶相的晶型转变和玻璃相的固化等过程。

黏土制品莫来石缓慢析出，液相固化变成玻璃相并伴有收缩。硅砖有方石英和鳞石英的快速晶型转变，体积收缩。

  坯体的强度、密度和体积有相应的变化，烧成时结构和化学反应产物稳定下来，形成耐材最终性能指标

坯体干燥的目的

坯体干燥是砖坯中除去水分的过程。

目的：通过干燥排除水分，使砖坯增加机械强度，以减少运输和搬运过程的机械损失，并使砖坯在装窑之后进行烧成时具有必要的强度，承受一定的应力作用，提高烧成成品率；并为烧成提供有益条件

孔率有3种方法

①总气孔率（真气孔率）Pt，总气孔体积与制品总体积之比；

②开口气孔率（显气孔率）Pa，开口气孔体积与制品总体积之比；

③闭口气孔率Pc，闭口气孔体积与制品总体积之比。

三者的关系为：Pt＝Pa +Pc

气孔率是耐火材料的基本技术指标。其大小影响耐火制品的所有性能，如

强度、热导率、抗热震性等。

抗热震性即热稳定性，又称为耐急冷急热性。指耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破裂或剥落的性能。对间歇式作业的设备特别重要。

影响抗热震性的因素：耐火材料的热物理性质（如导热性、热膨胀系数）、组

织结构、颗粒组成和形状尺寸。热膨胀系数小、弹性模量小、热导率大的材料

抗热震性好。