第1章、耐火材料的组成、结构与性能.ppt

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1、第1章耐火材料的组成、结构与性质1.1前言1.2耐火材料的化学-矿物组成1.3耐火材料的显微结构1.4耐火材料的常温物理性质1.5耐火材料的热学性质和导电性质1.6耐火材料的力学性质1.7耐火材料的高温使用性质本章主要内容耐火材料的化学成分、矿物组成及微观结构决定了耐火材料的性质。1.1前言耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临：承受高温作用；机械应力；热应力；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。耐火材料的性质主要包括力学性质、热学性质及高温使用性质等。1

2、.1前言（1）化学组成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：主成分、杂质成分、添加成分。1.2耐火材料的化学-矿物组成主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体的成分。杂质成分耐火材料中由原料及加工过程中带入的非主要成分的化学物质（氧化物、化合物等）称为杂质，也称之为熔剂。1.2耐火材料的化学-矿物组成添加成分耐火材料的化学组成中除主要成分和杂质成分外有时为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加入少量的添加成分，引入添加成分的物质称为添加剂。按照添加剂的目的和作用不同可分为矿化剂、稳定剂、促烧剂等。（2）矿物组成耐火材料一般说来是一个多相组成体，其

3、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：结晶相与玻璃相，其中结晶相又分为主晶相和次晶相。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。主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质。1.2耐火材料的化学-矿物组成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。镁铬砖中与方镁石并存的铬尖晶石；镁铝砖中的镁铝尖晶石；镁钙砖中的硅酸二钙。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。如：高温结构强度以及抗熔渣渗透、侵蚀的能力。1.2耐火材料的化学-矿物组成填充于主晶相之间的不同成分的结

4、晶矿物（次晶相）和玻璃相统称为基质，也称为结合相。基质的组成和形态对耐火制品的高温性质和抗侵蚀性能起着决定性的影响。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。为了提高耐火制品的使用寿命，在生产实践中，往往采取调整和改变制品的基质组成的工艺措施，来改善和提高耐火制品的性质。1.2耐火材料的化学-矿物组成1.2耐火材料的化学-矿物组成结晶相玻璃相主晶相次晶相基质或结合相矿物组成耐火材料（2）矿物组成耐火材料是由固相（包括结晶相与玻璃相）和气孔两部分构成的非均质体。它们之间的相对数量及其分布和结合形态构成了耐火材料的显微结构。而耐火制品的显微组织结构表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结合形态。

5、1.3耐火材料的显微结构图1-1陶瓷结合与直接结合显微结构示意图耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：即陶瓷结合(或硅酸盐结合)与直接结合。1-1a陶瓷结合1-1b直接结合1.3耐火材料的显微结构陶瓷结合又称为硅酸盐结合，其结构特征是耐火制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结在一起而形成结合（图1-1a），如普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的结合。此类耐火制品在高温使用时，低熔点的硅酸盐首先在较低的温度下成为液相（或玻璃相软化），大大降低了耐火制品的高温性能。1.3耐火材料的显微结构直接结合是指耐火制品中，高熔点的主晶相之间或主晶相与次晶相间直接接触形成结晶网络的一种结合。直接

6、结合耐火制品一般具有较高的高温力学性能，与材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可成倍提高，其抗渣蚀性能和体积稳定性也较高。1.3耐火材料的显微结构一种致密氧化铝材料图示1.3耐火材料的显微结构耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。耐火材料中的气孔可分为三类：开口气孔（显气孔）、贯通气孔、封闭气孔。若把开口气孔与贯通气孔合并为一类，则耐火材料的气孔可分为开口气孔和封闭气孔两类。（1）气孔率1.4耐火材料的常温物理性质耐火材料中气孔的类型耐火材料中存在的气孔材料中气孔产生的原因？气孔产生的原因：1）原料中的气孔（原料没有烧好）；2）制品成型时，颗粒间的气孔；由于显气孔率的测定较为

7、容易，所以耐火材料气孔率的指标常以显气孔率来表示：式中：Pa为显气孔率V1为制品中开口气孔的体积V0为制品的总体积，即试样外表面围成的体积，亦称表观体积。1.4耐火材料的常温物理性质（2）吸水率吸水率是指耐火制品中全部开口气孔吸满水时，制品所吸收水的重量与制品重量之比。吸水率实质上是反映制品中开口气孔量的一个指标。测定意义：判断原料或制品质量的好坏、烧结与否、是否致密。同时可以预测耐火材料的抗渣性、透气性能和热震稳定性能。1.4耐火材料的常温物