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        陶瓷加工廠家科眾陶瓷電話

        當前位置:首頁 > 技術資料 > 氧化鋯耐火材料以及其它耐火材料檢驗的有關知

        氧化鋯耐火材料以及其它耐火材料檢驗的有關知

        耐火材料的一般性質,包括化學礦物組成、組織結構、力學性質、熱學性質和高溫使用性質。

              重點掌握:氣孔率、體積密度、吸水率、真密度的概念,計算公式及定義;熱膨脹、熱導率、熱容等熱學性能檢測意義;耐火材料的概念;耐火材料的常溫及高溫力學性能的檢測方法及檢測意義。氧化鋯陶瓷

        氧化鋯

              一般掌握:耐火材料的主要原料;耐火材料的種類;化學組成的分類及各類成分的作用;礦物組成的分類及各類的作用;耐火材料性能檢驗的特點及作用;高溫使用性能的分類、檢測意義及檢測方法。

              了    解:耐火材料的用途與發展。

              耐火材料是耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料。盡管各國規定的定義不同,例如,國際標準化組織(ISO)正式出版的國際標準中規定,&ldquo;耐火材料四耐火度至少為1500℃的非金屬材料或制品(但不排除那些含有一定比例的金屬)&rdquo;,但耐火材料是用作高溫窯、爐等熱工設備的結構材料,以及工業用高溫容器和部件的材料,并能承受相應的物理化學變化及機械作用。

        大部分耐火材料是以天然礦石(如耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云石等)為原料制造的?,F在,采用某些工業原料和人工合成原料(如工業氧化鋁、碳化硅、合成莫來石、合成尖晶石等)也日益增多。

              根據耐火度,可分為普通耐火制品(1580-1770℃)、高級耐火制品(1770-2000℃)和特級耐火制品(2000℃以上)。

              按照形狀和尺寸,可分為標準型磚、異型磚、特異型磚、大異型磚,以及實驗室和工業用坩鍋、皿、管等特殊制品。

              按制造工藝方法可分為泥漿澆注制品、可塑成型制品、半干壓型制品、由粉狀非可塑泥料搗固成型制品,由熔融料澆注的制品以及由巖石鋸成的制品。

        耐火材料的化學礦物組成分類

         

        分   類

        類   別

        主要化學成分

        主要礦物成分

        硅質制品

        硅磚

        SiO2

        磷石英、方石英

         

        石英玻璃

        SiO2

        石英玻璃

        硅酸鋁質制品

        半硅磚

        SiO2、Al2O3

        莫來石、方石英

         

        粘土磚

        SiO2、Al2O3

        莫來石、方石英

         

        高鋁磚

        SiO2、Al2O3

        莫來石、剛玉

        鎂質制品

        鎂磚(方鎂石磚)

        MgO

        方鎂石、

         

        鎂鋁磚

        MgO、Al2O3

        方鎂石、鎂鋁尖晶石

         

        鎂鉻磚

        MgO、Cr2O3

        方鎂石、鉻尖晶石

         

        鎂橄欖石磚

        MgO、SiO2

        鎂橄欖石、方鎂石

         

        鎂硅磚

        MgO、SiO2

        方鎂石、鎂橄欖石

         

        鎂鈣磚

        MgO、CaO

        方鎂石、硅酸二鈣

         

        鎂白云石磚

        MgO、CaO

        方鎂石、氧化鈣

         

        鎂碳磚

        MgO、C

        方鎂石、無定形碳(或石墨)

        白云石質制品

        白云石磚

        CaO、MgO

        氧化鈣、方鎂石

        鉻質制品

        鉻磚

        Cr2O3、FeO

        鉻鐵礦

         

        鉻鎂磚

        Cr2O3、MgO

        鉻尖晶石、方鎂石

        碳質制品

        炭磚

        C

        無定形碳(石墨)

         

        石墨制品

        C

        石墨

         

        碳化硅制品

        Si C

        碳化硅

        鋯質制品

        鋯英石磚

        ZrO2、SiO2

        鋯英石

        特殊制品

        純氧化物制品

        Al2O3、ZrO2

        剛玉、高溫型ZrO2

         

         

        CaO、MgO

        氧化鈣、方鎂石

         

        其它:碳化物

         

         

         

              氮化物

         

         

         

              硅化物

         

         

         

              硼化物

         

         

         

              金屬陶瓷等

         

         

        耐火材料的外觀分類

        分       類

        種        類

        耐火磚(具有一定形狀)

        燒成磚、不燒磚、電熔磚(熔鑄磚)、耐火隔熱磚

        不定形耐火材料(簡稱散裝料,無一定形狀,按所要求形狀施工用材料)

        澆注料、搗打料、投射料、噴射料、可塑料、耐火泥

         


          耐火材料的分類方法有多種,其中有按耐火材料的化學礦物組成進行的分類法,它能表征各種耐火材料的基本組成和特性,在生產、使用和科學研究上均有實際意義(見表1)。

              此外,耐火材料又按下列指標分類(見表2)。

              今后,我國耐火材料工業要由數量型向品種質量型轉變,立足于我國的資源條件和使用需要,   研究發展優質高效高鋁質和堿性制品,發展優質不定形耐火材料和絕熱耐火材料。

        1、 耐火材料的組成和性質

              耐火材料的一般性質,包括化學礦物組成、組織結構、力學性質、熱學性質和高溫使用性質。其中有些是在常溫下測定的性質,例如氣孔率、體積密度、真密度和耐壓強度等。根據這些性質,可以預知耐火材料在高溫下的使用情況;另一些是在高溫下測定的性質,例如耐火度、荷重軟化點、熱震穩定性、抗渣性、高溫體積穩定性等,這些性質反映在一定溫度下耐火材料所處的狀態,或者反映在該溫度下它與外界作用的關系。

        1.1、  耐火材料的化學礦物組成

              耐火材料的若干性質,取決于其中的物相組成、分布及各相的特性,即取決于制品的化學礦物組成。對于既定的原料,即化學礦物組成一定時,可以采用適當的工藝方法,獲得具有某種特性的物相組成(如晶型、晶粒大小、分布以及形成固溶體和玻璃相等),在一定限度內提高制品的工作性質。

        1.1.1化學組成

             化學組成是耐火材料制品的基本特性。通常將耐火材料的化學組成按各成分含量和其作用分為兩部分,即占絕對多量的基本成分-主成分和占少量的從屬的副成分。副成分是原料中伴隨的夾雜成分和工藝過程中特別加入的添加成分(加入物)。

        1.1.1.1、主成分 

              它是耐火制品中構成耐火基體的成分,是耐火材料的特性基礎。它的性質和數量直接決定制品的性質。其主要成分可以是氧化物,也可以是元素或非氧化物的化合物。耐火材料按其主成分的化學性質又可分為三類:酸性耐火材料、中性耐火材料及堿性耐火材料。

              酸性耐火材料含有相當數量的游離二氧化硅(SiO2)。酸性最強的耐火材料是硅質耐火材料,幾乎由94-97%的游離硅氧(SiO2)構成。粘土質耐火材料與硅質相比,游離硅氧(SiO2)的量較少,是弱酸性的。半硅質耐火材料局于其間。

              中性耐火材料按其嚴密含意來說是碳質耐火材料,高鋁質耐火材料(Al2O345%以上)是偏酸而趨于中性耐火材料,鉻質耐火材料是偏堿而趨于中性耐火材料。

              堿性耐火材料含有相當數量的MgO和CaO等,鎂質和白云石質耐火材料是強堿性的,鉻鎂系和鎂橄欖石質耐火材料以及尖晶石耐火材料屬于弱堿性耐火材料。

        1.1.1.2、雜質成分

              耐火材料的原料絕大多數是天然礦物,在耐火材料(或原料)中含有一定量的雜質。這些雜質是某些能與耐火基體作用而使其耐火性能降低的氧化物或化合物,即通常稱為熔劑的雜質。例如鎂質耐火材料化學成分中的主成分是MgO,其它氧化物成分均屬于雜質成分。因雜質成分的熔劑作用使系統的共熔液相生成溫度愈低。單位熔劑生成的液相量愈多,且隨溫度升高液相量增長速度愈快,粘度愈小,潤濕性愈好,則雜質熔劑作用愈強。從表3中的數據可以看出,這些氧化物對SiO2的熔劑作用強度按如下順序增強。

        某些氧化物對SiO2的熔劑作用

        共熔點

        液相內SiO2含量,%

        平衡相

        溫度(℃)

        系統內每1%雜質生成液相量(%)

        氧化物含量(%)

        共熔點(℃)

        1400℃

        1600℃

        1650℃

        K2O

        石英(SiO2)-K2O.4SiO2

        769

        3.6

        27.5

        72.5

        87.0

        96.2

        98.0

        Na2O

        石英(SiO2)-Na2O.2SiO2

        782

        3.9

        25.4

        74.6

        86.0

        95.8

        97.8

        Li2O

        磷石英(SiO2)-Li2O.2SiO2

        1028

        5.6

        17.8

        88.2

        88.8

        96.5

        98.5

        Al2O3

        方石英(SiO2)-3Al2O3 2SiO2

        1545

        18.2

        5.5

        94.5

        &mdash;

        96.9

        98.1

        TiO2

        方石英(SiO2)-TiO2

        1550

        9.5

        10.5

        89.2

        &mdash;

        92.0

        95.4

        CaO

        磷石英(SiO2)-CaO SiO2

        1436

        2.7

        37.0

        63.0

        &mdash;

        67.8

        69.5

        MgO

        方石英(SiO2)-MgO SiO2

        1543

        2.9

        35.0

        65.0

        &mdash;

        65.5

        67.8

        BaO

        磷石英(SiO2)-BaO SiO2

        1374

        2.1

        47.0

        53.0

        53.5

        61.2

        67.0

        ZnO

        磷石英(SiO2)-2 ZnO&mdash;S

        1432

        2.1

        48.0

        52.0

        &mdash;

        60.0

        64.0

        MnO

        磷石英(SiO2)-MnO SiO2

        1291

        1.8

        55.8

        44.2

        45.0

        50.4

        52.5

        FeO

        磷石英(SiO2)-2 FeO SiO2

        1178

        1.6

        62.0

        38.0

        41.2

        47.5

        51.7

        Cu2O

        磷石英(SiO2)-Cu2O

        1060

        1.1

        92.0

        8.0

        19.2

        29.6

        32.7

         


        1.1.1.3、添加成分 

              在耐火制品生產中,為了促進其高溫變化和降低燒結溫度,有時加入少量的添加成分。按其目的和作用不同分為礦化劑、穩定劑和燒結劑等。通常分析耐火制品和原料的灼燒減量、各種氧化物含量和其它主要成分含量。將干燥的材料在規定溫度條件下加熱時質量減少百分率稱為灼減。

        1.1.2、礦物組成

              耐火制品是礦物組成體。制品的性質是其組成礦物和微觀結構的綜合反映。耐火制品的礦物組成取決于它的化學組成和工藝條件?;瘜W組成相同的制品,由于工藝條件的不同,所形成礦物相的種類、數量、晶粒大小和結合情況的差異,使其性能可能有較大差異。例如SiO2含量相同的硅質制品,因SiO2在不同工藝條件下可能形成結構和性質不同的兩類礦物-磷石英和方石英,使制品的某些性質會有差異。即使制品的礦物組成一定,但隨礦相的晶粒大小、形狀和分布情況的不同,亦會對制品性質有顯著的影響(如熔融制品)。

              耐火材料一般是多項組成體,其中的礦物相可分為兩類,即結晶相和玻璃相。

        主晶相是指構成制品結構的主體且熔點較高的晶相。主晶相的性質、數量和其間結合狀態直接決定著制品的性質。

              基質是指耐火材料中大晶體或骨料間隙中存在的物質?;|對制品的性質(如高溫特性和耐侵飾性)起著決定性的影響。在使用時制品往往首先從基質部分開始損壞,采用調整和改變制品的基質成分是改善制品性能的有效工藝措施。

        絕大多數耐火制品(除少數特高耐火制品外),按其主晶相和基質的成分可以分為兩類:一類是含   有晶相和玻璃相的多成分耐火制品,如粘土磚、硅磚等;另一類是僅含晶相的多成分制品,基質多為細微的結晶體,如鎂磚、鉻鎂磚等堿性耐火材料。這些制品在高溫燒成時,產生一定數量的液相,但是液相在冷卻時并不形成玻璃,而是形成結晶性基質,將主晶相膠結在一起,基質晶體的成分不同于主晶相。

              耐火制品的顯微組織結構有兩種類型。一種是由硅酸鹽(硅酸鹽晶體礦物或玻璃體)結合物膠結晶體顆粒的結構類型,另一種是由晶體顆粒直接交錯結合成結晶網,例如高純鎂磚,這種直接結合結構類型的制品的高溫性能(高溫力學強度、抗渣性或熱震穩定性等)較前一種優越得多;因此具有廣闊得發展前景。

        1.2、  耐火材料的組織結構

              耐火材料是由固相(包括結晶相和玻璃相)和氣孔兩部分構成的非均質體,其中各種形狀和大小的氣孔與固相之間的宏觀組織結構。

        1.2.1 氣孔率、體積密度、真密度

              氣孔率、體積密度、真密度等是評價耐火材料質量的重要指標。GB/T2997有十個定義:體積密度(帶有氣孔的干燥材料的質量與其總體積的比值,用g/cm3或kg/m3表示)、總體積(帶有氣孔的材料中固體物質、開口氣孔及閉口氣孔的體積總和)、真密度(帶有氣孔的干燥材料的質量與其真體積之比值,用g/cm3或kg/m3表示)、真體積(帶有氣孔的材料中固體物質的體積)、開口氣孔(浸漬時能被液體填充的氣孔)、閉口氣孔(浸漬時不能被液體填充的氣孔)、顯氣孔率(帶有氣孔的材料中所有開口氣孔的體積與總體積之比值,用%表示)、閉口氣孔率(帶有氣孔的材料中所有閉口氣孔的體積與總體積之比值,用%表示)、真氣孔率(顯氣孔率和閉口氣孔率的,用%表示)、致密定形耐火制品(真氣孔率小于45%的定形耐火制品)。

              GB/T2997得測定原理:稱量試樣的質量,再用液體靜力稱量法測定其體積,計算顯氣孔率、體積密度,或根據試樣的真密度計算真氣孔率。

        1.2.1.1氣孔率

              耐火材料內的氣孔是由原料中氣孔和成型后顆粒間的氣孔所構成。大致可分為三類:1)閉口氣孔,它封閉在制品中不與外界相通;2)開口氣孔,一段封閉,另一段與外界相通,能為流體填充;3)貫通氣孔,貫通制品的兩面,能為流體通過;為簡便起見,通常將上述三類氣孔合并為兩類,即開口氣孔(包括貫通氣孔)和閉口氣孔。一般開口氣孔體積占總氣孔體積的絕對多數,閉口氣孔的體積則很少,閉口氣孔體積難于直接測定,因此,制品的氣孔率指標,常用開口氣孔率(亦稱顯氣孔率)表示。

              真氣孔率(總氣孔率)A =(V1+V2)&Chi;100%/V0,開口氣孔率(顯氣孔率) B= V1&Chi;100%/V0式中:V0、V1 、V2分別代表總氣孔體積、開口氣孔體積和閉口氣孔體積(CM3).

        1.2.1.2 吸水率

              它是制品中全部開口氣孔吸滿水的質量與其干燥質量之比,以百分率表示,它實質上是反映制品中開口氣孔量的一個技術指標,由于其測定簡便,在生產中多直接用來鑒定原料煅燒質量。燒結良好的原料,其吸水率數值應較低。

        1.2.1.3 體積密度

              表示干燥制品的質量與其總體積之比,即制品單位體積(表觀體積)的質量,用g/cm3表示。

        體積密度也是表征制品致密程度的主要指標,密度較高時,可減少外部侵入介質(液相或氣相)對耐火材料作用的總面積,從而提高其使用壽命,所以致密化是提高耐火材料質量的重要途徑,通常在生產中應控制原料煅燒后的體積密度,磚坯的體積密度和制品的燒結程度。

        1.2.1.3 真密度

              GB/T5071標準有兩個定義:真密度(帶有氣孔的干燥材料的質量與其真體積之比值,用g/cm3或kg/m3表示)、真體積(帶有氣孔的材料中固體物質的體積)。

              GB/T5071標準的測定原理:把試樣破碎,磨碎,使之盡可能不存在有封閉氣孔,測量其干燥的質量和真體積,從而測得真密度。細料的體積用比重瓶和已知密度的液體測定,所用液體溫度必須控制或仔細地測量。

              真密度是指不包括氣孔在內的單位體積耐火材料的質量,可用下式表示。

        d真=G/[ V0- (V1+V2)],式中  G-干燥試樣質量,g; V0、V1、V2&mdash;&mdash;分別為試樣的總體積,開口氣孔體積,閉口氣孔體積,cm3。

        2、 耐火材料的熱學性質和導電性

        2.1、熱膨脹

              GB/T7320標準有兩個定義:線膨脹率(室溫至試驗溫度間試樣長度的相對變化率,用%表示)、平均線膨脹率(室溫至試驗溫度間溫度每升高1℃試樣長度的相對變化率,單位為10-6/℃),常見耐火制品的平均熱膨脹系數見表。

         耐火制品的平均熱膨脹率(20-2000℃

        名稱

        粘土磚

        莫來石磚

        莫來石剛玉磚

        剛玉磚

        半硅磚

        硅磚

        鎂磚

        平均熱膨脹系數(10-6/℃)

        4.5-6.0

        5.5-5.8

        7.0-7.5

        8.0-8.5

        7.0-9.0

        11.5-13.0

        14.0-15.0

         


           GB/T7320標準的測定原理:以規定的升溫速率將試樣加熱到指定的試驗溫度,測定隨溫度升高試樣長度的變化值,計算出試樣隨溫度升高的線膨脹率和指定溫度范圍的平均線膨脹系數,并繪制出膨脹曲線。

              耐火材料的熱膨脹是指其體積或長度隨著溫度升高而增大的物理性質。

        2.2、熱導率

              YB/T4130把導熱系數定義為:指單位時間內在單位溫度梯度下沿熱流方向通過材料單位面積傳遞的熱量。如式(1)所示:

        &lambda;=q/(dT/dx)

        式中:&lambda;&mdash;&mdash;導熱系數,單位為瓦每米開爾文(W/(m.K);

        q&mdash;&mdash;單位時間熱流密度,單位為瓦每平方米(W/m);

        dT/dx&mdash;&mdash;溫度梯度,單位為開爾文每米(K/m)。    

        YB/T4130測定導熱系數原理為:根據傅立葉一維平板穩定導熱過程的基本原理,測定穩態時單位時間一維溫度場中熱流縱向通過試樣熱面流至冷面后被流經中心量熱器的水流吸收的熱量。該熱量同試樣的導熱系數,冷熱面溫差,中心量熱器吸熱面面積成正比,同試樣的厚度成反比。               

        &lambda;=Q.&delta;/(A.&Delta;T)

        式中:&lambda;&mdash;&mdash;導熱系數,單位為瓦每米開爾文(W/(m.K);

        Q&mdash;&mdash;單位時間內水流吸收的熱量,單位為瓦(W);

        &delta;&mdash;&mdash;試樣的厚度,單位為米(m);

        A&mdash;&mdash;試樣的面積,單位為平方米(m2);

        &Delta;T&mdash;&mdash;冷、熱面溫差,單位為開爾文(K).

        水流吸收的熱量與水的比熱、水的質量、水溫升高成正比:

        Q=C.&omega;. &Delta;t

        式中:Q&mdash;&mdash;單位時間內水流吸收的熱量,單位為瓦(W);

              C&mdash;&mdash;水的比熱, 單位為焦每克開爾文(J/(g.K);

           &omega;&mdash;&mdash;水流量,單位為克每秒(g/s);

           &Delta;t&mdash;&mdash;水溫升高, 單位為開爾文(K).

              其物理意義是指單位溫度梯度下,單位時間內通過單位垂直面積的熱量。熱導率是表征耐火材料導熱特性的一個物理指標,其數值等于熱流密度除以負溫度梯度。

        2.3、熱容

              任何物質受熱時都升溫,但質量相同的不同物質升溫1℃所需的熱量不同。通常用常壓下加熱1kg物質使之升溫1℃所需的熱量(kJ)來表示,稱為熱容(也稱比熱容)。

        2.4、溫度傳導性

              溫度傳導性是表示物體加熱時的溫度傳遞速度,它決定耐火材料急冷急熱時內部溫度梯度的大小。溫度傳導性用導溫系數(&alpha;)表示:

        &alpha;=&lambda;/c&rho;

        式中:

        &lambda;&mdash;&mdash;耐火材料的熱導率,w/m.k;

        c&mdash;&mdash;耐火材料的等壓熱容量,kJ/kg.℃;

        &rho;&mdash;&mdash;耐火材料的體積密度,kg/m3。

        一般耐火材料的熱容量差別不大,它們的溫度傳導性主要取決于制品的導熱性和體積密度。

        2.5、導電性

              耐火材料(除炭質和石墨質制品外)在常溫下是電的不良導體。隨溫度升高,電阻減小導電性增強。在1000℃以上時提高的特別顯著,如加熱至熔融狀態時,則會呈現出很大的導電能力。

        3、耐火材料的力學性質

              耐火材料的力學性質是指材料在不同溫度下的強度、彈性和塑性性質。通常用檢驗耐壓、抗折、耐磨性和高溫荷軟蠕變等指標來判斷耐火材料的力學性質。

        3.1、常溫力學性質

        3.1.1、常溫耐壓強度

              它是指常溫下耐火材料在單位面積上所承受的最大壓力,如超過此值,材料被破壞。如用A表示試樣受壓的總面積,以P表示壓碎試樣所需的極限壓力,則有:

        常溫耐壓強度=P/A    Pa

              通常,耐火材料在使用過程中很少由于常溫的靜負荷而招致破損。但常溫耐壓強度主要是表明制品的燒結情況,以及與其組織結構相關的性質,測定方法簡便,因此是判斷制品質量的常用檢驗項目。

        3.1.2、抗拉、抗折和扭轉強度 

              耐火材料在使用時,除受壓應力外,還受拉應力、彎曲應力和剪應力的作用,影響耐火制品的抗拉和抗折強度的主要因素是其組織結構,細顆粒結構有利于這些指標的提高。

        3.1.3、耐磨性

              耐火材料的耐磨性不僅取決于制品的密度、強度,而且也取決于制品的礦物組成、組織機構和材料顆粒結合的牢固性。常溫耐壓強度高,氣孔率低,組織結構致密均勻,燒結良好的制品總是有良好的耐磨性。

        3.2、高溫力學性質

        3.2.1、高溫耐壓強度

              高溫耐壓強度是材料在高溫下單位截面所能承受的極限壓力。隨著溫度升高,大多數耐火制品的強度增大,其中粘土制品和高鋁制品特別顯著,在1000-1200℃達到最大值。這是由于在高溫下生成熔液的粘度比在低溫下脆性玻璃相粘度更高些。但顆粒間的結合更為牢固。溫度繼續升高時,強度急劇下降。耐火材料高溫耐壓強度指標可反映出制品在高溫下結合狀態的變化。

        3.2.2、高溫抗折強度

         

              高溫抗折強度是指材料在高溫下單位截面所能承受的極限彎曲應力。它表征材料在高溫下抵抗彎矩的能力。

              高溫抗折強度又稱高溫彎曲強度或高溫斷裂模量。測定在高溫下一定尺寸的長方體試樣在三點彎曲裝置上受彎時所能承受的最大荷重,抗折強度可按下式計算:

        R=3.W.l/2.b.d2

        式中  R&mdash;&mdash;抗折強度,Pa;

              W&mdash;&mdash;斷裂時所施加的最大載荷,N;

              l&mdash;&mdash;兩支點間的距離,cm;

              b&mdash;&mdash;試樣的寬度,cm;

              d&mdash;&mdash;試樣的厚度,cm。

               耐火材料的高溫強度與其實際使用密切相關。特別是對于評價堿性直接結合磚的質量,高溫抗折強度是很重要的性能。如堿性直接結合磚的高溫抗折強度大,則抵抗因溫度梯度產生的剪應力強,因而制品在使用時不易產生剝落現象。高溫抗折強度大的制品亦會提高對其物料的撞擊和磨損性,增強抗渣性,因此,高溫抗折強度作為表征制品強度的指標。

              耐火材料的高溫抗折強度指標,主要取決于制品的化學礦物組成,組織結構和生產工藝。

        3.2.3、高溫蠕變性

              當材料在高溫下承受小于其極限的某一恒定荷重時,產生塑性變形,變形量會隨時間的增長而逐漸增加,甚至會使材料破壞,這種現象叫蠕變。因此,對于處于高溫下的材料,就不能孤立地考慮其強度,而應將溫度和時間的因素與強度同時考慮。例如,長時間在高溫下工作的熱風爐格子磚的損壞,是由于磚體逐漸軟化產生可塑變形,強度顯著下降甚至破壞,格子磚的這種蠕變現象成為爐子損壞的主要原因。

              一般認為影響高溫蠕變的因素有:1)使用條件,如溫度和荷重、時間、氣氛性質等;2)材質,如化學組成和礦物 ;3)顯微組織結構。材料高溫蠕變曲線劃分為三個階段,第一階段蠕變為減速蠕變(時間短暫);第二階段為勻速蠕變(蠕變速率最?。?;第三階段為加速蠕變(蠕變速率迅速增加)。

        4、              耐火材料的高溫使用性質

        4.1、耐火度

              耐火度在無荷重時抵抗高溫作用而不熔化的性質稱為耐火度。對耐火材料而言,耐火度所表示的意義與熔點不同。熔點是純物質的結晶相與其液相處于平衡狀態下的溫度。但一般耐火材料是由各種礦物組成的多相固體混合物,并非單相的純物質,故無一定的熔點,其熔融是在一定的溫度范圍內進行的,即只有一個固定的開始熔融溫度和一個固定的熔融終了溫度。在這個溫度范圍內液相和固相同時存在。

              耐火度是個技術指標,其測定方法是由試驗物料作成的截頭三角錐,上底每邊長2mm,下底每邊長8mm,高30mm,(有一側面與垂直方向夾角為80)截面成等邊三角形。在一定升溫速率下加熱時,由于其自重的影響而逐漸變形彎倒,當其彎倒直至頂點與底盤相接觸的溫度,即為試樣的耐火度。

              GB/T7322標準有三個定義:耐火度(耐火材料耐高溫的特性)、標準測溫錐(把具有規定的形狀、尺寸的一定組成的截頭三角錐體,當其按規定條件安裝和加熱時,能按已知方式在規定的溫度彎倒稱為標準測溫錐)、參照溫度(當安插在錐臺上的標準測溫錐,在規定的條件下按規定的加熱速度加熱時,其錐的尖端彎倒至錐臺面時的溫度)及耐火度測定原理。參照溫度(彎倒溫度)

        GB/T7322標準有一個原理:將耐火原料或制品的試錐與已知耐火度的標準測溫錐一起載在錐臺上,在規定的條件下加熱并比較試錐與標準測溫錐的彎倒情況來表示試錐的耐火度。

         

        4.2、高溫荷重變形溫度

         

              YB/T370標準有四個定義:荷重軟化溫度(耐火制品在規定升溫條件下,承受恒定壓負荷產生變形的溫度)、最大膨脹值溫度T0(試樣膨脹到最大值時的溫度)、x%變形溫度Tx(試樣從膨脹最大值壓縮了原始高度的某一百分數(x)時的溫度)、潰裂或破裂溫度Tb(試驗在T0后,試樣突然潰裂或破裂時的溫度);一個原理(在恒定的荷重和升溫速率下,圓柱體試樣受荷重和高溫的共同作用產生變形,測定其規定變形程度的相應溫度)。

               耐火材料在高溫下的荷重變形指標表示它對高溫和荷重同時作用的抵抗能力,也表示耐火材料呈現明顯塑性變形的軟化范圍。耐火材料的高溫荷重變形溫度的測定方法是固定試樣承受的壓力,不斷升高溫度,測定試樣在發生一定變形量和坍塌時的溫度稱為高溫荷重變形溫度。

        耐火材料荷重變形曲線不同的原因主要取決于制品中化學礦物組成,即取決于:

        (1)存在的結晶相、晶體構造和性狀,即晶體是否形成網絡骨架或以孤島狀分散于液相中,前者變形溫度高,后者的變形溫度主要由液相的含量及粘度所決定,可見顯微組織結構對制品的荷重變形溫度有顯著的影響。

        (2)晶相和液相的數量及液相在一定溫度下的粘度。

        (3)晶相與液相的相互作用,兩者的相互作用會改變液相的數量和性質。此外,制品的致密程度對高溫荷重變形溫亦有一定的影響。

        4.3、高溫體積穩定性

         

              耐火材料在高溫下長期使用時,其外形體積保持穩定不發生變化(收縮或膨脹)的性能稱為高溫體積溫度性。它是評定制品質量的一項重要指標。

              耐火材料在燒成過程中,其間的物理化學變化一般都未達到燒成溫度下的平衡狀態,當制品在長期使用中,受高溫作用時,一些物理化學變化仍然會繼續進行。另一方面,制品在實際燒成過程中,由于種種原因,會有燒成不充分的制品,此種制品在窯爐上使用再受高溫作用時,由于一些燒成變化繼續進行,結果使制品的體積發生變化&mdash;&mdash;收縮或膨脹,這種不可逆的體積變化稱為殘余收縮或膨脹,也稱重燒收縮或膨脹。重燒體積變化的大小,表明制品的高溫體積穩定性。

        重燒時的體積變化可用體積百分率或線變化百分率表示:

        LC=(L1-L0)&Chi;100/L0

             Vc=(V1-V0)&Chi;100/V0

                                                 

        式中  LC&mdash;&mdash;試樣重燒線變化率,%;

              Vc&mdash;&mdash;試樣重燒體積變化率,%;

              L0、L1&mdash;&mdash;依次表示重燒前后試樣的長度,mm;

              V 0、V 1&mdash;&mdash;依次表示重燒前后試樣的體積,cm3;

        按上兩式計算的結果為正值表明膨脹,為負值表明收縮。當重燒體積變化很小時,可以認為Vc =3LC。

        4.4、熱震穩定性

         

              耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破壞的性能稱為熱震穩定性。眾所周知,材料隨溫度的升降,產生膨脹或收縮,如果此膨脹或收縮受到約束不能自由發展時,材料內部會產生應力。此種因材料的熱膨脹或收縮而引起的內應力稱為熱應力。熱應力不僅在具有機械約束的條件下產生,而且均質材料中出現溫度梯度,非均質固體中各相之間的熱膨脹系數的差別,甚至單相多晶體中的熱膨脹系數的各向異性,都是產生熱應力的根源。

              耐火材料的熱震損傷可分為兩大類:一類是瞬時斷裂,稱為熱沖擊斷裂;另一類是在熱沖擊循環作用下,先出現開裂,剝落,然后碎裂和變質,終至整體損傷,稱為熱震損傷。

              結語:展望 隨著科學技術的進步和高溫工業的發展,人們對耐火材料力學性能的認識將越來越深,要求越來越高,不斷有新的力學性能項目來表達耐火材料的質量和耐用性。因此,要求測定耐火材料的力學性能項目會越來越多。例如,耐火纖維材料將要求測定纖維強度和制定測試方法;面臨著愈加嚴酷的使用條件,耐火材料的抗沖刷性、耐磨性等會成為某些耐火材料的重要性能,因而將要求逐漸創立科學的表達方法和測試標準。



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        本文“氧化鋯耐火材料以及其它耐火材料檢驗的有關知”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2022-12-20 08:59:15
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