特種耐火材料種類、物理性能及用途介紹
2020-09-29 11:36:08 點擊：
氧化鋯制品
特種耐火材料的特點及分類
特種耐火材料是一組熔點在1800℃以上的高純氧化物、非氧化物和炭素等單一材料或各種復(fù)合材料為原料的，其采用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝或特殊生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的、制品具有特殊性能和特種用途的新型耐火材料，又稱為特種耐火材料。
特種耐火材料的概念是在傳統(tǒng)陶瓷、精密陶瓷和普通耐火材料以及功能性耐火材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。特種耐火材料包括的內(nèi)容非常廣泛，主要有高熔點氧化物、高熔點非氧化物及由此衍生的復(fù)合化合物、金屬陶瓷、高溫涂層、高溫纖維及其增強材料。其中高熔點非氧化物通常稱難熔化合物，它又包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。
在使用條件要求愈來愈苛刻和特殊的宇航、核能、冶金、電子、化工、建材、交通等行業(yè)，普通耐火材料已滿足不了新的要求，只有具有耐高溫、抗腐蝕、高溫化學(xué)和熱穩(wěn)定性好的特種耐火材料才能承擔(dān)這樣的重任和滿足使用條件的要求。
特種耐火材料成本較高，但具有很多優(yōu)異性能，是很多工業(yè)部門不可缺少、不能替代的產(chǎn)品。特別是在很多新技術(shù)、新領(lǐng)域中，在很多關(guān)鍵的部位替代其他產(chǎn)品，可以大幅度地提高使用壽命，明顯地增加了經(jīng)濟效益。
特種耐火材料的分類方法很多，有的以生產(chǎn)工藝分類，有的以產(chǎn)品應(yīng)用分類，但比較主要的分類方法還是以原料和制品性狀不同來分類，大致可以分成五方面：
(1)高熔點氧化物材料及其復(fù)合材料;
(2)難熔化合物材料(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等)及其復(fù)合材料;
(3)高熔點氧化物與難熔金屬的復(fù)合材料(金屬陶瓷)
(4)高溫不定形材料及無機物涂層;
(5)高溫纖維及其增強材料。
特種耐火材料的物理性能、
各種氧化物和非氧化物材料的熔點。
在元素中，以碳元素的熔點高，約為3650℃，依次為鎢(W)3415℃，錸(Re)3180℃，鉭(Ta)2980℃，鋨(Os)
2727℃，鉬(Mo)2620℃，鉿(Hf)2207℃，鈮(Nh)2468℃，釷
(Th)1845℃，鈦(Ti)1672℃，鋯(Zr)1855℃，其他大多數(shù)元素的熔點都在1800℃以下。這些金屬元素都無法在氧化氣氛下使用。
在化合物中，熔點高的是碳化物，
依次是氮化物和氧化物。在氧化物中，熔點低的是酸性氧化物，如二氧化硅(Si02:),二氧化鈦(TiO2)。其次是中性氧化物，如三氧化二鋁
(Al2O3),三氧化二锫(Cr2O3)，熔點高的是堿性氧化物，如氧化鈹(BeO)、氣化鎂(MgO)、
氧化鈣(CaO),氧化鍶(SiO)。在元素周期表中第5、6、7周期某些元素的氣化物、碳化物、氮化物和硼化物，如氧化物：二氧化鋯(ZK):)
7000X，二氧化釷(ThO2)3050t，二氧化鉿(HfO1)2812℃，氧化鎂(MgO)2800℃;碳化物：碳化鉿(HfC)
4160℃，碳化鋯(ZrC)3500℃，碳化釩(VC)2810℃.碳化鎢(W2C)2857℃，碳化欽(TiC)3150℃;氮化物：氮化鉿(Hm)
3310℃,氮化鋯(ZrN)3000℃，二氮化二鈦(TiM)2930℃;硼化物：二硼化鉿(HfB2)3250℃，二硼化鋯(ZrB2)
3190℃，六硼化鎢(WB6)2920℃，這些化合物也都是高熔點化合物。
很多元素及化合物，雖然熔點很高，但要作為特種耐火材料的原料使用，還受到一定的限制，如有的原料在加熱時產(chǎn)生分解，有的原料有很大的危害性或放射性，有的原枓的價格十分昂貴，所以在應(yīng)用時應(yīng)給予充分考慮。
金屬氮化物的合成方法有：
(1)用氮氣或氨直接與金屬或金屬氧化物作用，反應(yīng)溫度在I200℃左右，如果用氧化物代替金屬，反應(yīng)溫度就需要高于2000℃。其反應(yīng)式為：
Me+N2→MeN
(2)用氮氣或氨與加有碳的金屬氧化物反應(yīng)。在氮氣中形成氮。
特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)和用途
1、特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)
特種耐火材料是一種多晶體材料。絕大多數(shù)特種耐火材料的微觀組織結(jié)構(gòu)為晶相組成，而不含玻璃相，個別特種耐火混入微量雜質(zhì)，在一定溫度下形成共熔液相。晶粒與晶粒相遇的地方就形成晶粒的邊界，簡稱晶界，對于由小晶粒組成的多晶體來說，晶界的體積幾乎占到一半以上，對晶體的性質(zhì)有顯著的影響。當(dāng)晶粒細(xì)小時，材料具有較高的機械強度，而粗晶容易造成裂紋和缺陷，使材料的機械強度下降。特種耐火材料的結(jié)構(gòu)，亦含有一定量的氣孔，對材料性能也有影響。所以一般要求特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)均勻，玻璃相少，晶粒細(xì)小而均勻為好?！?/div>
2、特種耐火材料的用途 ?。?）特種耐火材料作為高溫工程的結(jié)構(gòu)材料和功能材料得到廣泛的應(yīng)用?！ 。?）在冶金工業(yè)中，廣泛用于耐高溫、抗氧化、還原或化學(xué)腐蝕的部件；熔煉稀有金屬、貴金屬、難熔金屬、超純金屬、特殊合金的坩堝、舟皿等容器；水平連鑄分離環(huán)、熔融金屬的過濾裝置和輸送管道等?！ 。?）在航天和飛行技術(shù)中，用于火箭導(dǎo)彈的頭部保護罩、燃燒室內(nèi)襯、尾噴管襯套、噴氣式飛機的渦輪葉片、排氣管、機身、機翼的結(jié)構(gòu)部件等?！ 。?）在電子工業(yè)中，用做熔制高純半導(dǎo)體材料和單晶材料的容器，半導(dǎo)體固體擴散源；電子儀器設(shè)備中的各種耐高溫絕緣散熱部件；集成電路的基板，蒸發(fā)涂膜用的導(dǎo)電舟皿等?！ 。?）高溫工業(yè)中，用做特種電爐的高溫發(fā)熱元件、爐管、爐膛結(jié)構(gòu)材料和保溫隔熱材料，各種測溫?zé)犭娕嫉膬?nèi)外保護套管等?！ 。?）在機械及國防工業(yè)中，用做磨料、磨具、切削刀具；裝甲防護板等?！ 。?）在化工和輕工部門，用做潛水泵和化工泵機械密封環(huán)；玻璃拉絲坩堝，流料槽及玻璃池窯磚等。 ?。?）在醫(yī)學(xué)及農(nóng)業(yè)部門，用做人造關(guān)節(jié)、人造牙齒，并利用它的生物相容性等特殊性能。
3、特種耐火材料展望
從材料的微觀結(jié)構(gòu)來看，將利用結(jié)構(gòu)的不均勻性，如微裂紋，微缺陷，晶界和界面性質(zhì)，獲得某種特殊性能。透光性陶瓷與今后的光通訊發(fā)展有很大關(guān)系。陶瓷固體電解質(zhì)（βAl2O3、ZrO2等）的利用將進一步擴大，從能源、環(huán)境、公害方面考慮，將很有前途。超硬材料，如人造金剛石和立方氮化硼將進入工業(yè)生產(chǎn)階段。用特種耐火材料取代金屬，如Si3N4和Al-Si-N-O取代金屬制造軸承和渦輪葉片，會有很大發(fā)展。復(fù)合材料，很有前途，也會得到很大發(fā)展。
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