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耐火材料的三大主要化学元素

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2018-10-15     
根据耐火材料中各种化学成分的含量和其作用,通常将其分为主成分、外加成分和杂质三类。
(一)主成分
        耐火材料中的主成分是指占绝大多数的,对材料高温性质起决定性作用的化学成分。耐火材料之所以具有优良的抵抗高温作用的性能,以及许多耐火材料又各具特性,完全或基本上取决于主成分。所以,对耐火材料的主成分,必须予以充分重视。通常,对耐火材料依化学组成分类,以及对许多同材质的耐火材料划分为若干等级,都是或多半是根据其主成分的种类以及其含量多寡而定的。可作为耐火材料主成分的都是具有很高晶格能的高熔点或分解温度很高的单质或化合物。要求它在耐火材料生产或服役过程中能形成稳定的具有优良性能的矿物,在自然界储量较高而且较易提取与利用。在地壳中分布较多,可作为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,也可作为耐火材料的主成分。

        现在,生产与使用较广泛的耐火材料中的主成分主要是Al2O3、BeO、Cr203、MgO、CaO、SiO2、ThO2、TiO2、UO2、ZrO2等氧化物和SiC、WC、B4C等碳化物以及AIN、Si3N4等氮化物。  

(二)外加成分
常称外加剂,是在耐火制品生产中为特定目的另外加入的少量成分。如为促进材料中某些物相的形成和转化,而加入的矿化剂;为抑制材料中某些物相形成,而加入的抑制剂或稳定剂;为促进材料的烧结,而加入的助熔剂,等等。总之,在耐火材料生产中,采取加入少量外加剂可在一定程度上改变材料的组成与结构,从而便于生产和使制品获得某种预期特性。但必须注意,切勿因此而严重影响其抵抗高温作用的基本性质。

(三)杂质
        杂质是指在耐火材料中不同于主成分的,含量微少而对耐火材料的抵抗高温性质往往带来危害的化学成分。这种化学成分多是由含主成分的原料中夹带而来的。
 
        耐火材料的杂质中有的是易熔物,有的本身具有很高熔点,但同主成分共存时,却可产生易熔物。故杂质的存在往往对主成分起强的助熔作用。助熔作用虽有时有助于材料的液相烧结,但对材料抵抗高温作用却有严重危害。助熔作用愈强,即由于杂质的存在,系统中开始形成液相的温度愈低,或形成液相量愈多,或随着温度升高液相量增长速度愈快,以及所形成的液相粘度愈低和润湿性愈好,危害愈严重。

        可见,若Na2O 与SiO2共存,由于开始形成液相的温度很低,故以SiO2为主成分的耐火材料中,若含有少量Na2O,即可对其高温性质带来严重危害。若以SiO2,为主成分的耐火材料中分别含有Al2O3和TiO2,虽然SiO2—Al2O3与SiO2—TiO2两系统的共熔温度相近,分别为1595℃和1550℃,但在共熔温度下系统内每1%杂质氧化物生成的液相量却差别较大,前者约为后者1.9倍。而且,随温度的升高,此差别更大,如在1600℃下,约为2.3 倍。因此,杂质Al2O3较TiO2对SiO2的熔剂作用强。氧化铝对硅质耐火材料的高温性能危害极大。另外,当杂质与主成分共存时,若生成的液相粘度较低,且随温度升高粘度降低愈快以及润湿性愈好,则对耐火材料的危害愈严重。

因此,欲提高耐火材料抵抗高温的性能,必须严格控制杂质的含量。

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