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耐火材料的化學組成及特性

2022-10-26

耐火材料的化學組成是其基本特征。一種耐火材料在一定條件下能否形成某種物相,為何出現此種物相、并具有某些特定性質,以及如何從本質上改變材料的某些特定性質,都首先取決于其化學組成。所以,為了掌握耐火材料的本質必須對其化學組成有全面的認識。

根據耐火材料中各種化學成分的含量和作用,通常將其分為主成分、雜質和外加成分三類。

主成分:耐火材料中的主成分是指占絕大多數的、對材料高溫性質起決定性作用的化學成分。耐火材料之所以具有優良的抵抗高溫作用的性能,且許多耐火材料又各具特性的原因主要取決于其主成分。所以,對耐火材料的主成分必須予以充分重視。通常,耐火材料依化學組成分類,許多同材質的耐火材料劃分為若干等級都是或多半是根據其主成分的種類以及其含量多寡而定的。

耐火材料的化學組成及特性

耐火材料分析儀器可作為耐火材料主成分的都是具有很高晶格能的高熔點或分解溫度很高的單質或化合物。要求這些物質在耐火材料生產或服役過程中能形成穩定的、具有優良性能的礦物,并在自然界儲量較高且較易提取與利用。在地殼中分布較多并可作為耐火材料主成分的主要是氧化物。另外,有一些碳化物、氮化物、硅化物和硼化物,也可作為耐火材料的主成分。

現在,生產與使用較廣泛的耐火材料中的主成分主要是Al2O3、BeO、Cr2O3、MgO、CaO、SiO2、ThO2、TiO2、UO2、ZrO2等氧化物和SiC、WC、B4C等碳化物以及AlN、Si3N4等氮化物。

雜質:雜質是指在耐火材料中不同于主成分、含量微少而對耐火材料的抵抗高溫性質往往帶來危害的化學成分。這種化學成分多是由含有主成分的原料中夾帶而來的。

耐火材料的雜質中有的是易熔物,有的本身具有很高熔點,但同主成分共存時,卻可產生易熔物。故雜質的存在往往對主成分起強的助熔作用。助熔作用雖有時有助于材料的液相燒結,但對材料抵抗高溫作用卻有嚴重危害。

助熔作用愈強,即由于雜質的存在,系統中開始形成液相的溫度愈低,或形成液相量愈多,或隨著溫度升高液相量增長速度愈快,以及所形成的液相黏度愈低、潤濕性愈好,危害愈嚴重。如對主成分為SiO2的材料而論,若含Na2O、Al2O3、TiO2、CaO和FeO中任一氧化物,除其中Na2O熔點較低以外,其他氧化物雖具有較高的熔點,但與SiO2共存時都有助熔作用。

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