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特種耐火材料種類、物理性能及用途介紹

2020-09-29 11:36:08 點(diǎn)擊:
氧化鋯制品

特種耐火材料的特點(diǎn)及分類
特種耐火材料是一組熔點(diǎn)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復(fù)合材料為原料的,其采用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝或特殊生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的、制品具有特殊性能和特種用途的新型耐火材料,又稱為特種耐火材料。
 
特種耐火材料的概念是在傳統(tǒng)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(chǔ)上發(fā)展起來的。特種耐火材料包括的內(nèi)容非常廣泛,主要有高熔點(diǎn)氧化物、高熔點(diǎn)非氧化物及由此衍生的復(fù)合化合物、金屬陶瓷、高溫涂層、高溫纖維及其增強(qiáng)材料。其中高熔點(diǎn)非氧化物通常稱難熔化合物,它又包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。
 
在使用條件要求愈來愈苛刻和特殊的宇航、核能、冶金、電子、化工、建材、交通等行業(yè),普通耐火材料已滿足不了新的要求,只有具有耐高溫、抗腐蝕、高溫化學(xué)和熱穩(wěn)定性好的特種耐火材料才能承擔(dān)這樣的重任和滿足使用條件的要求。
 
特種耐火材料成本較高,但具有很多優(yōu)異性能,是很多工業(yè)部門不可缺少、不能替代的產(chǎn)品。特別是在很多新技術(shù)、新領(lǐng)域中,在很多關(guān)鍵的部位替代其他產(chǎn)品,可以大幅度地提高使用壽命,明顯地增加了經(jīng)濟(jì)效益。
 
特種耐火材料的分類方法很多,有的以生產(chǎn)工藝分類,有的以產(chǎn)品應(yīng)用分類,但比較主要的分類方法還是以原料和制品性狀不同來分類,大致可以分成五方面:
(1)高熔點(diǎn)氧化物材料及其復(fù)合材料;
(2)難熔化合物材料(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等)及其復(fù)合材料;
(3)高熔點(diǎn)氧化物與難熔金屬的復(fù)合材料(金屬陶瓷)
(4)高溫不定形材料及無機(jī)物涂層;
(5)高溫纖維及其增強(qiáng)材料。
 
特種耐火材料的物理性能、
各種氧化物和非氧化物材料的熔點(diǎn)。
在元素中,以碳元素的熔點(diǎn)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(shù)元素的熔點(diǎn)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(diǎn)高的是碳化物,
依次是氮化物和氧化物。在氧化物中,熔點(diǎn)低的是酸性氧化物,如二氧化硅(Si02:),二氧化鈦(TiO2)。其次是中性氧化物,如三氧化二鋁
(Al2O3),三氧化二锫(Cr2O3),熔點(diǎn)高的是堿性氧化物,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(ZK):)
7000X,二氧化釷(ThO2)3050t,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(diǎn)化合物。
很多元素及化合物,雖然熔點(diǎn)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(shí)產(chǎn)生分解,有的原料有很大的危害性或放射性,有的原枓的價(jià)格十分昂貴,所以在應(yīng)用時(shí)應(yīng)給予充分考慮。
 
金屬氮化物的合成方法有:
(1)用氮?dú)饣虬敝苯优c金屬或金屬氧化物作用,反應(yīng)溫度在I200℃左右,如果用氧化物代替金屬,反應(yīng)溫度就需要高于2000℃。其反應(yīng)式為:
Me+N2→MeN
(2)用氮?dú)饣虬迸c加有碳的金屬氧化物反應(yīng)。在氮?dú)庵行纬傻?/div>
 
特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)和用途
1、特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)  
特種耐火材料是一種多晶體材料。絕大多數(shù)特種耐火材料的微觀組織結(jié)構(gòu)為晶相組成,而不含玻璃相,個(gè)別特種耐火混入微量雜質(zhì),在一定溫度下形成共熔液相。晶粒與晶粒相遇的地方就形成晶粒的邊界,簡稱晶界,對于由小晶粒組成的多晶體來說,晶界的體積幾乎占到一半以上,對晶體的性質(zhì)有顯著的影響。當(dāng)晶粒細(xì)小時(shí),材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度,而粗晶容易造成裂紋和缺陷,使材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。特種耐火材料的結(jié)構(gòu),亦含有一定量的氣孔,對材料性能也有影響。所以一般要求特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)均勻,玻璃相少,晶粒細(xì)小而均勻?yàn)楹谩!?/div>
2、特種耐火材料的用途  (1)特種耐火材料作為高溫工程的結(jié)構(gòu)材料和功能材料得到廣泛的應(yīng)用。  (2)在冶金工業(yè)中,廣泛用于耐高溫、抗氧化、還原或化學(xué)腐蝕的部件;熔煉稀有金屬、貴金屬、難熔金屬、超純金屬、特殊合金的坩堝、舟皿等容器;水平連鑄分離環(huán)、熔融金屬的過濾裝置和輸送管道等。  (3)在航天和飛行技術(shù)中,用于火箭導(dǎo)彈的頭部保護(hù)罩、燃燒室內(nèi)襯、尾噴管襯套、噴氣式飛機(jī)的渦輪葉片、排氣管、機(jī)身、機(jī)翼的結(jié)構(gòu)部件等。  (4)在電子工業(yè)中,用做熔制高純半導(dǎo)體材料和單晶材料的容器,半導(dǎo)體固體擴(kuò)散源;電子儀器設(shè)備中的各種耐高溫絕緣散熱部件;集成電路的基板,蒸發(fā)涂膜用的導(dǎo)電舟皿等。  (5)高溫工業(yè)中,用做特種電爐的高溫發(fā)熱元件、爐管、爐膛結(jié)構(gòu)材料和保溫隔熱材料,各種測溫?zé)犭娕嫉膬?nèi)外保護(hù)套管等。  (6)在機(jī)械及國防工業(yè)中,用做磨料、磨具、切削刀具;裝甲防護(hù)板等。  (7)在化工和輕工部門,用做潛水泵和化工泵機(jī)械密封環(huán);玻璃拉絲坩堝,流料槽及玻璃池窯磚等。  (8)在醫(yī)學(xué)及農(nóng)業(yè)部門,用做人造關(guān)節(jié)、人造牙齒,并利用它的生物相容性等特殊性能。
3、特種耐火材料展望 
從材料的微觀結(jié)構(gòu)來看,將利用結(jié)構(gòu)的不均勻性,如微裂紋,微缺陷,晶界和界面性質(zhì),獲得某種特殊性能。透光性陶瓷與今后的光通訊發(fā)展有很大關(guān)系。陶瓷固體電解質(zhì)(βAl2O3、ZrO2等)的利用將進(jìn)一步擴(kuò)大,從能源、環(huán)境、公害方面考慮,將很有前途。超硬材料,如人造金剛石和立方氮化硼將進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)階段。用特種耐火材料取代金屬,如Si3N4和Al-Si-N-O取代金屬制造軸承和渦輪葉片,會有很大發(fā)展。高效復(fù)合材料,很有前途,也會得到很大發(fā)展。
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