特种耐火材料的性能及概念,这些化合物熔点在3000℃以上!

特种耐火材料的概念

特种耐火材料包括的内容非常广泛,主要有高熔点氧化物、高熔点非氧化物及由此衍生的复合化合物、金属陶瓷、高温涂层、高温纤维及其增强材料。其中高熔点非氧化物通常称难格化合物,它又包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。

―、特种耐火材料

特种耐火材料的概念是在传统陶瓷、精密陶瓷和普通耐火材料以及功能性耐火材料的基础上发展起来的,是一组熔点在1800℃以上的高纯氧化物、非氧化物和炭素等单一材料或各种复合材料为原料的,采用传统生产工艺或持殊生产工艺生产的、其制品具有待殊性能和特种用途的新型耐火材料,又称为特种耐火材料。

二、 特种耐火材料分类

待种耐火材料虽然成本较高,但由于具有很多优异性能,是很多工业部门不可缺少、不能替代的产品特别是在很多新技术、新领域中.在很多关键的部位替代其他产品,可以大幅度地提高使用寿命,明显地增加了经济效益。特种耐火材料的分类方法很多,有的以生产工艺分类,有的以产品应用分类,但比较主要的分类方法还是以原料和制品性状不同来分类,大致可以分成五方面:

(1) 高熔点氧化物材料及其复合材料;

(2) 难熔化合物材料(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等)及其复合材料;

(3) 高熔点氧化物与难熔金属的复合材料(金属陶瓷);

(4) 高温不定形材料及无机物涂层;

(5) 高温纤维及其增强材料。

三、 特种耐火材料的特点

(一) 高纯原料

(1) 采用人工提纯的各种原料;

(2) 采用电熔、烧结、反应合成的各种原料;

(3) 采用复合材料做原料;

(4) 采用纤维增强的复合材料做原料。

(二) 引入特种生产工艺

(1)采用微粉或超微粉技术;

(2) 采用喷雾造粒技术;

(3) 采用特殊成型工艺技术(等静压成型、热压成型、注射成型、流延成型,熔铸成型

(4)采用高温纤维或纤维增强技术和不定形材料。

(三)特种烧成

(1) 采用超高温烧成(1800℃以上);

(2) 采用在真空条件下或保护气氛条件下烧成;

(3) 采用高能燃料烧成;

(4) 采用微机自动化控制烧成。

四、特种耐火材料的产品

(1) 炼钢及连铸用特种耐火材料;

(2) 超高溢窑炉用炉衬材料;

(3) 超高温隔热用特种耐火材料;

(4) 陶瓷和透明陶瓷特种耐火材料;

(5) 高温高压绝缘材料;

(6) 高温发热体材料;

(7) 固体电解质材料;

(8) 高温纤维特种耐火材料。

特种耐火材料的性能

一、特种耐火材料的物理性能

(1)各种氧化物和非氧化物材料的熔点见表1-1。

表1-1 几种化合物的熔点

在元素中, 以碳元素的熔点最高,约为3650℃,依次为钨(W) 3415℃,铼(Re) 3180℃, 钽(Ta) 2980℃,锇(Os) 2727℃,钼(Mo) 2620℃,铪(Hf) 2207℃,铌(Nh) 2468℃,钍 (Th)1845℃,钛(Ti)1672℃,锆(Zr)1855℃,其他大多数元素的熔点都在1800℃以下。这些金属元素都无法在氧化气氛下使用。

在化合物中,熔点最高的是碳化物, 依次是氮化物和氧化物。在氧化物中,熔点最低的是酸性氧化物,如二氧化硅(Si02:),二氧化钛(TiO2)。其次是中性氧化物,如三氧化二铝 (Al2O3),三氧化二锫(Cr2O3),熔点最高的是碱性氧化物,如氧化铍(BeO)、氣化镁(MgO)、 氧化钙(CaO),氧化锶(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:二氧化锆(ZrO2) 2715℃,二氧化钍(ThO2) 3050℃,二氧化铪 (HfO1) 2812℃,氧化镁(MgO) 2800℃;碳化物:碳化铪(HfC) 4160℃,碳化锆(ZrC) 3500℃,碳化钒(VC) 2810℃.碳化钨(W2C) 2857℃,碳化钦(TiC) 3150℃;氮化物:氮化铪(Hm) 3310℃,氮化锆(ZrN) 3000℃,二氮化二钛(TiM) 2930℃;硼化物:二硼化铪 (HfB2) 3250℃,二硼化锆(ZrB2) 3190℃,六硼化钨(WB6) 2920℃,这些化合物也都是高熔点化合物。

很多元素及化合物,虽然熔点很高,但要作为特种耐火材料的原料使用,还受到一定的限制,如有的原料在加热时产生分解,有的原料有很大的毒性或放射性,有的原枓的价格十分昂贵,所以在应用时应给予充分考虑。

(2)各种氧化物的熔点、真密度及在地球上的储量见表1-2。

表1-2各种氧化物的性能及储量

(3)主要复合氧化物的熔点、真密度,见表1-3。

表1-3 各种复合氧化物的熔点和真密度

(4)各种高熔点氧化物陶瓷的性质(一)见表1-4,高熔点氧化物陶瓷的性质(二)见表1-5。

表1-4 高熔点氧化物陶瓷的性质(一)

表1-5 高熔点氧化物陶瓷性质(二)

(5)某些难溶化合物的性能,见表1-6。

表1-6 某些难溶化合物的性能

金属氮化物的合成方法有:

(1) 用氮气或氨直接与金属或金属氧化物作用,反应温度在I200℃左右,如果用氧化物代替金属,反应温度就需要高于2000℃。其反应式为:

Me + N2→ MeN

(2) 用氮气或氨与加有碳的金属氧化物反应。在氮气中形成氮。

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