特種耐火材料包括的內容非常廣泛,主要有高熔點氧化物、高熔點非氧化物及由此衍生的複合化合物、金屬陶瓷、高溫塗層、高溫纖維及其增強材料。其中高熔點非氧化物通常稱難格化合物,它又包括碳化物、氮化物、硼化物、矽化物及硫化物等。
―、特種耐火材料
特種耐火材料的概念是在傳統陶瓷、精密陶瓷和普通耐火材料以及功能性耐火材料的基礎上發展起來的,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複合材料為原料的,採用傳統生產工藝或持殊生產工藝生產的、其製品具有待殊性能和特種用途的新型耐火材料,又稱為特種耐火材料。
二、 特種耐火材料分類
待種耐火材料雖然成本較高,但由於具有很多優異性能,是很多工業部門不可缺少、不能替代的產品特別是在很多新技術、新領域中.在很多關鍵的部位替代其他產品,可以大幅度地提高使用壽命,明顯地增加了經濟效益。特種耐火材料的分類方法很多,有的以生產工藝分類,有的以產品應用分類,但比較主要的分類方法還是以原料和製品性狀不同來分類,大致可以分成五方面:
(1) 高熔點氧化物材料及其複合材料;
(2) 難熔化合物材料(碳化物、氮化物、硼化物、矽化物等)及其複合材料;
(3) 高熔點氧化物與難熔金屬的複合材料(金屬陶瓷);
(4) 高溫不定形材料及無機物塗層;
(5) 高溫纖維及其增強材料。
三、 特種耐火材料的特點
(一) 高純原料
(1) 採用人工提純的各種原料;
(2) 採用電熔、燒結、反應合成的各種原料;
(3) 採用複合材料做原料;
(4) 採用纖維增強的複合材料做原料。
(二) 引入特種生產工藝
(1)採用微粉或超微粉技術;
(2) 採用噴霧造粒技術;
(3) 採用特殊成型工藝技術(等靜壓成型、熱壓成型、注射成型、流延成型,熔鑄成型
(4)採用高溫纖維或纖維增強技術和不定形材料。
(三)特種燒成
(1) 採用超高溫燒成(1800℃以上);
(2) 採用在真空條件下或保護氣氛條件下燒成;
(3) 採用高能燃料燒成;
(4) 採用微機自動化控制燒成。
四、特種耐火材料的產品
(1) 煉鋼及連鑄用特種耐火材料;
(2) 超高溢窯爐用爐襯材料;
(3) 超高溫隔熱用特種耐火材料;
(4) 陶瓷和透明陶瓷特種耐火材料;
(5) 高溫高壓絕緣材料;
(6) 高溫發熱體材料;
(7) 固體電解質材料;
(8) 高溫纖維特種耐火材料。
一、特種耐火材料的物理性能
(1)各種氧化物和非氧化物材料的熔點見表1-1。
表1-1 幾種化合物的熔點
在元素中, 以碳元素的熔點最高,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,熔點最高的是碳化物, 依次是氮化物和氧化物。在氧化物中,熔點最低的是酸性氧化物,如二氧化矽(Si02:),二氧化鈦(TiO2)。其次是中性氧化物,如三氧化二鋁 (Al2O3),三氧化二鉳(Cr2O3),熔點最高的是鹼性氧化物,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(ZrO2) 2715℃,二氧化釷(ThO2) 3050℃,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生分解,有的原料有很大的毒性或放射性,有的原枓的價格十分昂貴,所以在應用時應給予充分考慮。
(2)各種氧化物的熔點、真密度及在地球上的儲量見表1-2。
表1-2各種氧化物的性能及儲量
(3)主要複合氧化物的熔點、真密度,見表1-3。
表1-3 各種複合氧化物的熔點和真密度
(4)各種高熔點氧化物陶瓷的性質(一)見表1-4,高熔點氧化物陶瓷的性質(二)見表1-5。
表1-4 高熔點氧化物陶瓷的性質(一)
表1-5 高熔點氧化物陶瓷性質(二)
(5)某些難溶化合物的性能,見表1-6。
表1-6 某些難溶化合物的性能
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,反應溫度在I200℃左右,如果用氧化物代替金屬,反應溫度就需要高於2000℃。其反應式為:
Me + N2→ MeN
(2) 用氮氣或氨與加有碳的金屬氧化物反應。在氮氣中形成氮。
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第五屆上海國際耐火材料展覽會
(同期第19屆上海國際冶金工業展)
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