第一章

耐火材料的定義及分類 ?傳統(tǒng)的定義：耐火度不小于1580℃的無機(jī)非金屬材料；

ISO的定義：耐火度不小于1500℃的無機(jī)非金屬材料及制品。

2、按化學(xué)性質(zhì)分類

（1）酸性耐火材料 中性耐火材料?堿性耐火材料?

3、按制造方法分類 ?塊狀耐火材料;不定形耐火材料;燒制耐火材料;熔鑄耐火材料。

4、按耐火度分類普通耐火材料;高級耐火材料;特級耐火材料

5、按形狀和尺寸分類 ?標(biāo)準(zhǔn)磚; ?異型磚;管形材;耐火器皿。

6、按使用場合分類 ?冶金用;水泥窯用;玻璃窯用;陶瓷窯用;鍋爐用。

7、按性質(zhì)分類

按密度分：輕質(zhì) (氣孔率45%-85%)、重質(zhì)；

按功能特性：抗蠕變性、耐磨性、抗渣性等

耐火材料按氣孔率分類：特致密制品；高致密制品；致密制品；燒結(jié)制品；普通制品；輕質(zhì)制品；超輕質(zhì)制品

第二章：

耐火材料的結(jié)構(gòu)1、顯微結(jié)構(gòu)??反映晶粒大小、晶體間及與基質(zhì)間的分布狀態(tài)等信息。 ????耐火材料按其主晶相和基質(zhì)的成分可以分為兩類:(1)是含有晶相和玻璃相的多成分耐火制品，硅磚、粘土磚；(2)是僅含晶相的多成分的結(jié)晶體，如鎂磚等堿性耐材。 ??

（1）?陶瓷結(jié)合

（2）?直接結(jié)合

2宏觀結(jié)構(gòu)?耐火材料是固相和氣孔構(gòu)成的非均質(zhì)體。這些氣孔、固體的大小、形狀、容積、分布狀態(tài)等特征對耐材制品的性能有重要影響?？捎萌庋酆推胀ü鈱W(xué)顯微鏡觀察。這類結(jié)構(gòu)特征稱為耐材的宏觀結(jié)構(gòu)。氣孔——起重要作用。氣孔是成型過程中殘留于制品內(nèi)的氣體。氣孔包括開口氣孔和閉口氣孔，氣孔存在可使耐火材料的機(jī)械性能顯著下降。合理控制耐火材料中氣孔的數(shù)量、形態(tài)和分布極為重要。 耐火制品是礦物組成體，制品的性質(zhì)是其組成礦物和宏觀、微觀結(jié)構(gòu)的綜合反映。 ???對耐材的宏觀、顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)注，可以從以下方面研究與考察：（1）主晶相、次晶相、基質(zhì)的結(jié)合狀態(tài)；（2）氣孔種類、氣孔率、氣孔大小、分布狀態(tài)。

常溫抗折強(qiáng)度 材料單位面積所承受的極限彎曲應(yīng)力。 耐火材料在使用時，除受壓應(yīng)力外，還受彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用。一般，抗折強(qiáng)度是耐壓強(qiáng)度的1/2～1/3

高溫抗折強(qiáng)度：材料在高溫下單位截面所能承受的極限彎曲應(yīng)力。

高溫蠕變性材料在恒定的高溫、恒定的外力作用下所發(fā)生的緩慢變形，稱高溫蠕變。受外力作用產(chǎn)生的變形隨時間而增加的現(xiàn)象。 蠕變性的影響因素分析1）使用條件：溫度高、荷重大、時間長，則蠕變大。2）氣氛性質(zhì)：氧化或還原氣氛，使得Fe變價，影響粘度。3)化學(xué)礦物組成：晶相與玻璃相的相對多少，玻璃相對晶相的潤濕性、粘度等，都是晶相時，晶體的彈性、鍵強(qiáng)、發(fā)育程度、缺陷的影響如空位、位錯、晶界滑移等。4)顯微結(jié)構(gòu)的影響：氣孔多，蠕變大。所以提高材料的抗蠕變性，考慮適當(dāng)?shù)慕档蜌饪茁省?/p>

比熱容（1） 定義：常壓條件下，加熱單位質(zhì)量的物質(zhì)使之溫度升高 1℃所需要的熱量（2） 討論比熱容 的意義：① 在烘、冷窯（爐）時，筑體材料的熱容會影響窯爐體的升（降）溫速度；② 筑體材料的熱容直接影響著窯爐體的蓄熱量。（3） 影響 c 的因素： ① 材料的化學(xué)、礦物組成； ② 溫度T：耐火材料的熱容一般 隨 T 升高而增大。比熱容的檢測方法 ?多采用量熱計法。Q=cmΔt 1．耐火度??耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱為耐火度 (與熔點不同）。熔點是純物質(zhì)的結(jié)晶相與其液體處于平衡狀態(tài)下的溫度；耐火度是多相固體混合物在開始熔融溫度與熔融終了溫度范圍內(nèi)液相和固相同時共存。

耐火度與熔點的區(qū)別：(1)熔點指純物質(zhì)的結(jié)晶相與液湘處于平衡時的溫度；(2)熔點是一個物理常數(shù)；

耐火材料為多相混合體，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，所以耐火度是一個工藝指標(biāo)因此耐火度的高與低與材料的允許使用溫度并不等同，也就是說耐火度不是材料的使用溫度上限，只有綜合考慮材料的其它性能和使用條件，才能作為合理選用耐火材料的參考依?

耐火度的影響因素 ① 耐火制品的化學(xué)礦物組成及其分布狀態(tài)是影響其耐火度的主要因素。② 雜質(zhì)成分特別是具有強(qiáng)熔劑作用的雜質(zhì)，將嚴(yán)重降低制品的耐火度。③ 測定條件也將影響到耐火度的大小2．荷重軟化溫度 ?它表示耐火材料在高溫和荷重同時作用時的抵抗能力，也表示耐火材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化范圍。 影響荷軟的因素：1)化學(xué)礦物組成。晶相構(gòu)造和性狀、晶相與液相的比例和相互作用、液相粘度等。2)生產(chǎn)工藝。制品燒成溫度和氣孔率等?！粼霞兌?、雜質(zhì)成分的性質(zhì)和含量。3）測定條件。升溫速率快，荷軟溫度較高。測定荷軟的意義：可以作為材料最高的使用溫度。提高荷軟點措施：提高原料純度；改善結(jié)合相成分。

3．高溫體積穩(wěn)定性 ?耐火材料在高溫下長期使用時，其外形體積保持穩(wěn)定不發(fā)生變化(收縮或膨脹)的性能稱為高溫體積穩(wěn)定性。一般用材料重?zé)€變化率和重?zé)w積變化率來表示。問題：一般材料的重?zé)际鞘湛s的，為什么在砌筑窯爐等熱工設(shè)備時還要留膨脹縫？因為兩者不是在相同的溫度下使用的，在未達(dá)到重?zé)郎囟惹?，材料是熱脹冷縮的，所以砌筑窯爐時要預(yù)留膨脹縫。當(dāng)溫度達(dá)到重?zé)郎囟群?，由于液相的生成，材料發(fā)生重?zé)湛s。依據(jù)：熱膨脹系數(shù)。

5、熱震穩(wěn)定性（1）?定義：耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破壞的性質(zhì)?；蚍Q抗熱震性、熱穩(wěn)定性?！?耐火材料是非均質(zhì)的脆性材料，與金屬材料相比，其導(dǎo)熱性差，彈性小，抗張強(qiáng)度低，使得其抵抗熱應(yīng)力破壞的能力差，即熱震穩(wěn)定性差。熱應(yīng)力產(chǎn)生原因：1機(jī)械約束；2）均質(zhì)材料中出現(xiàn)溫度梯度；3）非均質(zhì)固體中各相之間的熱膨脹系數(shù)的差別；4）單相多晶體中熱膨脹系數(shù)各向異性。

5、抗渣性（1） 定義：耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕而不損壞的性質(zhì)。 ★ 熔渣侵蝕是耐火材料損壞的最常見形式之一。所謂熔渣，在此泛指各種對耐火材料有侵蝕作用的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)，其中尤以液態(tài)熔渣的侵蝕作用最大。熔渣侵蝕過程分兩個階段：熔渣與耐材接觸與滲透；繼而發(fā)生反應(yīng)與危害。

???A 熔渣與耐材接觸與滲透：滲透渠道：孔隙和裂紋；基質(zhì)；晶界??①熔渣經(jīng)毛細(xì)管和裂紋的滲入

②熔渣沿基質(zhì)滲入③熔渣沿晶界的侵入 ?熔渣與耐火材料發(fā)生反應(yīng)，一般可分為以下兩種情況：①單純?nèi)芙猗诜磻?yīng)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濃度差值。2、降低擴(kuò)散系數(shù)和提高擴(kuò)散層厚度。耐火材料的結(jié)構(gòu)崩裂1)變質(zhì)層的形成；2)結(jié)構(gòu)的崩裂；避免耐材結(jié)構(gòu)崩裂的措施：降低熔渣的滲透性。渣蝕的其他反應(yīng)與危害1)加速熔毀；2)還原與氧化的危害；3)沖蝕。（4） 影響耐火材料抗渣能力的因素：1)耐火材料的化學(xué)礦物組成及顯微結(jié)構(gòu)；2)耐火材料在熔渣中的溶解度或溶解速度；（4）?測試方法 ???耐火材料抗渣蝕性能的檢驗方法有熔錐法、坩堝法、浸漬法、轉(zhuǎn)動浸漬法、撒渣法和回轉(zhuǎn)法等。

6．耐真空性 ?是指耐火材料在真空和高溫下服役時的耐久性

7、抗水化性 ?堿性耐火材料如氧化鈣質(zhì)材料，在生產(chǎn)使用過程中與環(huán)境中水(氣態(tài)或液態(tài))發(fā)生反應(yīng)而喪失強(qiáng)度的現(xiàn)象叫水化反應(yīng)。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鍛燒溫度，降低其化學(xué)反應(yīng)活性。有時采用有機(jī)無水結(jié)合劑，或采用浸漬處理，以隔絕空氣中水與制品的接觸。

8、抗氧化性 ?含碳耐火材料在高溫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)選擇抗氧化能力強(qiáng)的碳素材料，加高純鱗片狀石墨；

??(2)改善制品結(jié)構(gòu)特征，增加制品致密度，減少貫通氣孔存在，以減少氧與碳的反應(yīng)界面；

??(3)使用微量添加劑，有些物質(zhì)在高溫使用條件下，先于碳同氧反應(yīng)．在工作制品表面形成薄且致密的反應(yīng)層，能阻止氧—碳反應(yīng)。常用添加成分有Si、Al、Mg等。

基本特征 二、真密度和體積密度 三、耐火度 四、荷重軟化溫度 五、高溫體積穩(wěn)定性 ?六、耐熱震性 七、抗渣性 。

耐火材料典型的高溫蠕變曲線分三個特征階段：

（1）oa-起始段：加外力后發(fā)生瞬時彈性變形，外力超過試驗溫度下的彈性極限時會有部分塑性形變；

（2）ab-第一階段：緊接上階段的蠕變?yōu)橐淮稳渥儯跗谌渥?，?yīng)變速率de/dt隨時間增加而愈來愈小，曲線平緩，較短暫；

（3）bc-第二階段：二次蠕變，黏性蠕變、均速蠕變或穩(wěn)態(tài)蠕變。應(yīng)變速率和時間無關(guān)，幾乎不變。蠕變曲線最小速率；

（4）cd-第三階段：第三次蠕變，加速蠕變。應(yīng)變速率de/dt隨時間稍微增加而迅速增加，曲線變陡直到斷裂，最終斷裂在d點。

耐火度：耐火材料在高溫下抵抗熔化的能力。

耐火度的測定方法：

將材料做成截頭三角錐。在規(guī)定的加熱條件下，與標(biāo)準(zhǔn)高溫錐彎倒情況作比較。直至試錐頂部彎倒接觸底盤，此時與試錐同時彎倒的標(biāo)準(zhǔn)高溫錐可代表的溫度即為該試錐的耐火度。

燒成是對坯體進(jìn)行加熱處理，使其達(dá)到燒結(jié)的工藝過程

?升溫階段：從開始加熱至最高燒成溫度的階段。

溫度變化范圍較大，坯體內(nèi)產(chǎn)生下列物理化學(xué)變化。

（1）水分排除。室溫至200℃，排出磚坯中殘存自由水和大氣吸附水。磚中留下氣孔，具有透氣性，有利于下一階段反應(yīng)。

（2）分解、氧化。200~1000℃。

?黏土磚和高鋁磚：結(jié)合黏土的雜質(zhì)礦物及有機(jī)物質(zhì)的分解和氧化，黏土礦物分解脫水并開始產(chǎn)生低熔液相；

?硅磚中的Ca(OH)2分解，石英發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，β-石英轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>α石英，CaO與SiO2的反應(yīng)亦在此階段進(jìn)行；

?鎂磚是氫氧化物及結(jié)構(gòu)水的排除。磚坯質(zhì)量減少，氣孔率進(jìn)一步增大，強(qiáng)度有較大的下降或稍有提高。

（3）形成液相或新的耐火相。

?1000℃以上分解作用繼續(xù)進(jìn)行。隨溫度升高其液相生成量增加，新的耐火相開始形成，并進(jìn)行溶解、重結(jié)晶。

?黏土磚和高鋁磚此階段液相量大量增加，坯體劇烈收縮及燒結(jié)；硅磚中石英相轉(zhuǎn)變速度大大增加，坯體密度顯著下降；鎂磚中出現(xiàn)固相反應(yīng)，制品開始燒結(jié)。

?擴(kuò)散、流動和溶解-沉析等傳質(zhì)進(jìn)行，顆粒在液相表面張力作用下使坯體致密、體積縮小、氣孔率降低、強(qiáng)度增大，燒結(jié)急劇進(jìn)行。

保溫階段:亦稱為燒結(jié)階段，這時溫度為最高燒成溫度。在此階段中各種反應(yīng)趨于完全、充分，液相量繼續(xù)增加，結(jié)晶相進(jìn)一步長大而達(dá)到致密化即所謂“燒結(jié)”。特種耐火材料的固相反應(yīng)及燒結(jié)亦在此階段完成。

冷卻階段：是從最高燒成溫度降至室溫的冷卻過程。

??發(fā)生耐火相的析晶、某些晶相的晶型轉(zhuǎn)變和玻璃相的固化等過程。

黏土制品莫來石緩慢析出，液相固化變成玻璃相并伴有收縮。硅磚有方石英和鱗石英的快速晶型轉(zhuǎn)變，體積收縮。

??坯體的強(qiáng)度、密度和體積有相應(yīng)的變化，燒成時結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物穩(wěn)定下來，形成耐材最終性能指標(biāo)

坯體干燥的目的

坯體干燥是磚坯中除去水分的過程。

目的：通過干燥排除水分，使磚坯增加機(jī)械強(qiáng)度，以減少運(yùn)輸和搬運(yùn)過程的機(jī)械損失，并使磚坯在裝窯之后進(jìn)行燒成時具有必要的強(qiáng)度，承受一定的應(yīng)力作用，提高燒成成品率；并為燒成提供有益條件

孔率有3種方法

①總氣孔率（真氣孔率）Pt，總氣孔體積與制品總體積之比；

②開口氣孔率（顯氣孔率）Pa，開口氣孔體積與制品總體積之比；

③閉口氣孔率Pc，閉口氣孔體積與制品總體積之比。

三者的關(guān)系為：Pt＝Pa?+Pc

氣孔率是耐火材料的基本技術(shù)指標(biāo)。其大小影響耐火制品的所有性能，如

強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、抗熱震性等。

抗熱震性即熱穩(wěn)定性，又稱為耐急冷急熱性。指耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破裂或剝落的性能。對間歇式作業(yè)的設(shè)備特別重要。

影響抗熱震性的因素：耐火材料的熱物理性質(zhì)（如導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)）、組

織結(jié)構(gòu)、顆粒組成和形狀尺寸。熱膨脹系數(shù)小、彈性模量小、熱導(dǎo)率大的材料

抗熱震性好。