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特种耐火材料的发展与高温技术 
(发布日期:2017-4-20 13:35:34)
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  特种耐火材料就是在传统陶瓷和耐火材料的基础上发展起来的一组新型无机材料,也称做高温陶瓷材料。传统陶瓷的生产工艺是将原料制成细粉再成型。用陶瓷的方法制造耐火材料也算是特殊工艺方法,应该在第五章叙述,但由于特种耐火材料化学成分的高纯度,超级的耐火性能,各种特殊性能,复杂的制品形状,特别的使用条件等,可以成为一个单独体系,作为一章在此作系统叙述。近代空间技术,高速飞行器(人造地球卫星)的喷射推进装备发展,尤其喷射发动机的燃气涡轮旋转叶片、喷嘴、前锥体(雷达天线罩)、尾锥整流子等受到高温、高速气流的直接作用,难熔金属和耐热合金在高温下的断裂强度、蠕变、抗氧化性等性能达到了使用极限,必须寻找更好的特种耐火材料。

    先进的冶金技术,需要更耐高温,抗侵蚀,抗热震的功能材料。冶炼各种新金属、特殊合金和半导体材料的纯度要求很高,可是在熔化温度下容易与普通耐火材料起反应而使一般耐火材料受侵蚀。金属质的容器更不适合作为这些材料的熔化、蒸馏、浇涛、合金化过程的盛器或单晶生长用盛器,因为会污染冶炼的材料。还有火箭、导弹、电子等现代技术都要求高性能的耐火材料。这些特种耐火材料与传统的耐火材料相比具有以下特点:

    1、大多数特种耐火材料的材质已经超出了硅酸盐范围,而且品位高、纯度高,熔点都在2000℃以上(个别的为1728℃); 

    2、成型工艺不局限半干成型,除了大量应用注浆法和可塑法成型外,还采用等静压、气相沉积、热压、电熔等,而且大多数采用微米(μm)级的细粉料; 

    3、制品烧成温度很高(1600~2000℃,甚至更高),并在各种烧成气氛或真空中烧成; 

    4、它不仅制成砖,棒,罐等厚实制品,还制成管、板、片、坩埚等薄型制品,中空的球状制品,高度分散的散状材料,还可制成透明或半透明制品,柔软如丝的纤维,各种宝石般的单晶以及硬度仅次于金刚石的超硬材料; 

    5、它除了具有耐火性能外,有的还具有更好的电、热、机械、化学等性能,因此它除了用于高温工业,还广泛用于其他部门。几乎遍布国民经济各部门;

    特种耐火材料的性能 

    各种不同的特种耐火材料,虽然化学成分和结构不同,其性能也存在一定的差异,但从特种耐火材料总体来说比普通耐火材料具有许多优良的性能。

    1、热学性质

    热膨胀性:热膨胀性指材料的线度和体积温度升降发生可逆性增减的性能。常以线膨胀数或体积膨胀系数表示。大多数特种耐火材料的线膨胀系数都比较大,仅有熔融石英,氧化硼,氧化硅的线膨胀系数比较小。

    2、力学性质

    特种耐火材料的弹性模量都大。大多数具有较高的机械强度,但与金属材料相比,由于脆性,抗冲击强度甚低。绝大多数的特种耐火材料具有较高的硬度,因此耐磨,耐气流或尘粒冲刷性比较好。大多数特种耐火材料的高温蠕变都比较小。 

    特种耐火材料分类 

    特种耐火材料概括为五方面的内容(1)高熔点氧化物; (2)难熔化合物;(3)金属陶瓷;(4)高温无机涂层;(5)纤维及其增强材料;尽管单一材料具有自己的优点,可是也有不可克服的缺点和弱点。例如,金属材料具有良好的延展性、机械强度和冲击韧性,但这种材料的强度在高温时急剧下降,并极容易氧化;有机材料的性能千变万化,但它易老化,强度低,不耐高温;无机非金属虽然高温性能好,但致命的弱点是脆性大,经不起冲击。所以就把几种材料用一定的方式复合在一起,让各种材料的性能取长补短,而组成一种具有综合性能的新材料。特种耐火材料的重点内容之一就是高温复合材料。它包括金属陶瓷,高温无机涂层,纤维增强材料等。

    金属陶瓷既有一定的像金属一样的韧性,能经受陶瓷所不能经受的热冲击及机械冲击,又有像陶瓷那样的高温机械强度,能承受金属所不能经受的高温,因此既改善了陶瓷的脆性,又改善了金属的耐高温性,具有金属与陶瓷两者的综合性能。高温无机涂层是一种加涂在金属或其他结构底材表面上的无机保护层或表面膜的总称。它起着改变底材外表面的化学组成及结构,从而赋予新的或改善底材性能的作用。如在金属材料表面加涂一层耐高温涂层,对金属底材起隔热作用,使金属的使用温度相对提高;还有地耐热合金或石墨等材料加涂一层抗氧化,耐化学腐蚀涂层。近年来,出现了高温电绝缘、高温耐磨、耐腐蚀、示温、温控、润滑、防粒子辐射、光谱选择吸收或发射、红外辐射等各种作用的涂层。用纤维(晶须)与金属,塑料或陶瓷复合,可以制造出耐高温、高强度、抗疲劳等各式各样性能优良的增强复合材料。

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