耐火材料

1一、填空题1，硅酸盐矿物显微结构：硅酸盐结合物胶结晶体颗粒晶体颗粒直接结合成结晶网2，熔渣让耐火材料破坏的三种方式：单纯溶解、反应溶解、侵入变质溶解3，让坯料重新分布的力：静电引力、机械结合力、内摩擦力4，镁砖的分类：烧成镁砖、不烧镁砖、再结合镁砖5，颗粒料的组成原则：两头大，中间小6，氧化铝含量：%72(莫来石)%72（莫来石，刚玉）7，测耐火材料的抗拉性的两种方法：动态法、静态法8，ZrO2增韧机理:①应力诱导相变增韧②微裂纹增韧③裂纹分支增韧④裂纹偏转和弯曲增韧9，铬镁质材料：方镁石，尖晶石其基质有三种：M2S、CMS、C3MS21.耐火材料的概念：指主要由无机非金属材料构成的且耐火度不低于1580℃的材料和制品。耐火材料的品种和质量取决与耐火材料的原料和其生产工艺。2.耐火材料分类Ⅰ、化学矿物组成分类：氧化硅质、硅酸盐质、刚玉质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、含炭质、含锆质、特殊等耐火材料。Ⅱ、按耐火度高低分为：①普通耐火制品（耐火度1580-1770℃）、②高级耐火制品（耐火度1770-2000℃）、特级耐火制品（耐火度2000℃以上）。Ⅲ、按制品形状和尺寸分为：标准砖、异形砖、特异型砖等。Ⅳ、按化学性质分类：酸性耐火材料、中性耐火材料、碱性耐火材料。（化性分类对了解耐火材料的化学性质，判断在使用过程中它们之间及耐火材料与接触物间化学作用情况有着重要意义）3、氧化硅耐火材料为典型的酸性耐火材料，其矿物组成为：主晶相为磷石英和方石英，基质为石英玻璃相。4、两种矿物组成：①结晶相（主晶相和次晶相）：主晶相是耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。其性质、数量、结合状态直接决定着耐火材料的性质。次晶相又称第二固相，也是熔点较高的晶体，提高耐火制品中固相间的直接结合，改善制品性能。②玻璃相：基质是指填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和玻璃相，也称结合相。硅砖的主晶相：磷石英、方石英粘土砖的主晶相：莫来石、方石英5、耐火材料的气孔存在形态分类：封闭在制品中不与外界想通的闭口气孔，一端封闭另一端与外界相通的开口气孔，两端都与外界相通的贯通气孔。气孔的存在主要影响材料的致密度，显气孔率高时，材料结构疏松，强度低，抗渣性能弱。耐火材料的化学组成是决定其矿物组成、组织结构的基础。根据各种化学成分的含量和作用分为：主成分、杂质和外加成分三种。。主成分：指耐火材料中占绝大多数的，对材料高温性质起决定性作用的化学成分。杂质：指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带来危害的化学成分。外加成分：常称为外加剂，是在耐火制品生产中为特定目的另外加入的少量成分。矿物：由相对固定的化学组分构成的有确定的内部结构和物理性质的单质或化合物密度分为：体积密度、视密度、真密度。①体积密度db：指材料的质量M与其含材料的实体积Ｖb和全部气孔体积之和的总体积Vb之比db=M/Vb=M/(Vt+Vc+Vo)。②视密度（表观）da：指材料的质量与其含材料的实体积和封闭气孔体积之和的体积之比。da=M/(Vt+Vc)③真密度dt：指材料质量与其实体积之比.dt=M/Vt主晶相：指构成结构结构的主体且熔点较高，对材料的性质起支配作用的一种晶相，(其性质，数量，分布和结合状态直接决定耐火制品性质)。次晶相：又称第二晶相或第二固相，指耐火材料中在高温下与主晶相和液相并存的，一般其数量较少和对材料高温性能的影响较主晶相为小的第二种晶相。基质：指在耐火材料大晶体间隙中存在，或由大晶体嵌入其中的那部分物质，也可认为是大晶体之间的填充物质或胶结物。耐火度：耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能，表征材料抵抗高温作用的性能。其意义与熔点不同。熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的2温度，耐火度是多相体达到某一特定软化变形程度的温度。耐火度取决于：①耐火材料形成液相数量的多少；②所形成液相的粘度。耐火度不是耐火材料的最高使用温度；耐火材料在使用中经受高温作用的同时，通常还伴有荷重和溶剂作用，因而制品的耐火度不能视为耐火材料的最高使用温度。注浆成型法：所谓注浆成型法，就是将粉料的悬浮液使之具有一定的流动性，将悬浮液注入到模具里面或模腔里面，形成具有一定形状的模坯的方法。烧结：把粉状或非致密的原料经过加热，当它低于其熔点温度的一定温度范围时，发生少量的易熔成分液化，颗粒连接，填充空气孔隙，结构致密物增大、急剧膨胀，强度和化学稳定性提高等物理化学变化，成为坚实的结合体的过程。二次莫来石化：指在1200℃以上，从水铝石脱水形成的刚玉，与高岭石分解出来的二氧化硅继续反应，形成的莫来石称为二次莫来石，过程为二次莫来石化。可塑性:物料受外力作用后发生变形而不破裂，在所施加使其变形的外力撤除后，变形的形态仍保留而不恢复原状，这种性质称为可塑性。耐磨性：是耐火材料材料抵抗固体、液体和含尘气流对其表面的机械磨损作用的能力。比热容：是指常压下加热1kg物质使之升温1℃所需的热量(KJ)弹性后效：坯体压制时，外部压力被内部弹性力所均衡，当外力取消时，内部弹性力被释放出来，引起坯体膨胀的作用称为弹性后效荷重软化点：以压缩0.6%时的变形温度作为被测材料的荷重软化温度，即荷重软化点高温耐压强度：指材料在某一特定的高温热态下单位体积所能承受的最大压力，以Mp表示。一般随温度升高有明显变化。蠕变：耐火材料在高温下承受低于其极限强度的固定应力时会产生塑性变形，变形量随负荷时间延长而增加甚至导致材料破坏。这种受外力作用产生的变形随时间增加的现象称蠕变。蠕变以压蠕变率度量：e=[（Ln-L1）/L0]*100%.(L分别表示原始、式样恒温开始、式样恒温一段时间后的高度。)蠕变是温度、应力、时间和材料结构的函数。热膨胀性:指材料的线度和体积随温度升高降发生可逆性增减的性能。常以线性膨胀系数或体积膨胀系数表示。荷重软化温度：是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度，是对耐火材料以恒荷重持续升温法所测定的高温力学性质，表征材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用而保持稳定的能力。影响荷重软化温度的因素：主晶相的种类和性质以及主晶相间或主晶相和次晶相间的结合状态；基质的性质和基质同主晶相或同主晶相和次晶相的数量比以及分布状态。简答题：1、耐火材料是高温技术领域的基础材料，其应用最为普遍的是在各种热工设备和高温容器中作为抵抗高温作用的结构材料和内衬。2、耐火材料性能要求：①抵抗高温热负荷作用，不软化变形，不熔融，要求耐火材料具有相当高的耐火度。体积不收缩和仅有均匀膨胀，要求具有高的体积稳定性，残存收缩及残存膨胀要小，无晶型转变、严重体积效应。②抵抗高温热负荷和重负荷的共同作用，不丧失强度、不发生蠕变和坍塌。要求材料具有相当高的高温热态强度、荷重软化温度、抗蠕变性。③抵抗温度急剧变化或受热不均影响，不开裂剥落。要求具有好的抗热震性。④抵抗熔融液、渣、3烟、尘和腐蚀性气体的化学浸蚀，不变质蚀损。要求具有良好的抗渣性。⑤抵抗火焰和炉料、料尘的冲刷、撞击和磨损，表面不损耗。要求具有相当高的密实度和常温、高温的耐磨性。⑥抵抗高温真空作业和气氛变动的影响，不挥发损坏。要求材料具有低的蒸汽压和高的化学稳定性。2，抗热震性：即热震稳定性，又称为耐急冷急热性。指耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破裂或剥落的性能。影响抗热震性的因素：耐火材料的热物理性质（如导热性、热膨胀系数）、组织结构、颗粒组成和形状尺寸。热膨胀系数小、弹性模量小、热导率大的材料抗热震性好。抗渣性：指耐火材料在高温下抵抗熔渣及其他熔融液浸蚀而不容易损毁的性能。测定抗渣性方法中的三种静态法：包括熔锥法、坩埚法和浸渍法。提高抗渣性的方法：a保证和提高原料的纯度b选择适宜的生产方法3.定性耐火材料生产的基本过程及其目的：答：过程：原料的加工—配料—混炼—成型—干燥—烧成—拣选—成品目的：（1）颗粒组成及配料。颗粒组成则应符合最紧密堆积原理和有利于烧结。（2）混炼。不同组分和粒度的物料与适量的结合剂经混合和挤压作用达到分布均匀和充分润湿的泥料的制备过程。（3）成型。耐火材料借助外力和模型，成为具有一定尺寸、形状和强度的坯体和制品的过程。（4）干燥。干燥的目的在于提高坯体的机械强度和保证烧成初期能够顺利进行。（5）烧成。通过烧成过程中一系列物理化学变化，形成稳定的组织结构和矿物相，以获得制品的各种性质。4、三种气孔率表示方法及关系：①总气孔率（真气孔率）Pt，总气孔体积与制品总体积之比；②显气孔率气孔率（开口）Pa=Vo/Vb，开口气孔体积与制品总体积之比；③封闭气孔率Pc=Vc/Vb，闭口气孔体积与制品总体积之比。三者的关系为：Pt＝Pa+Pc气孔率是耐火材料的基本技术指标。其大小影响耐火制品的所有性能，如强度、热导率、抗热震性等。5、SiO2的同素异晶转变：①迟钝型：不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展至中心，必须破坏原有的晶体结构，使Si——O键断开，实现原子的重新排列，组成新的结构。转变过程消耗能量大，转变温度高、速度慢，经过长时间才能实现，故称为迟钝型转变。②快速型：同一晶型亚太α、β、γ型之间也发生相互可逆转变，这种亚态体的结构和物理性质是相似的，转变时Si—O键没有被破坏和断开，只有键的角度发生变化，晶格发生扭曲或伸直，消耗能量小，转变温度低、速度快，只要达到转变温度，晶体从中心到边缘全部立刻转变。称为快速型转变。其体积效应危害大。6、方、鳞石英对硅砖性能的影响：方石英含量高有利于提高硅砖的耐火度；而鳞石英含量高，则因其具有矛头双晶，在砖中相互交错形成网络状结构，有利于提高制品的荷重软化温度和高温强度。由于残余石英在高温下可继续向方石英或鳞石英转变，并伴有较大的体积膨胀，故其含量越少越好。6、硅砖的性质：硅砖的化学矿物组成、真密度、体积密度、耐火度、荷重软化温度、高温体积稳定性、抗热震性及抗渣性等性质与原料的性质、晶型转变状况和制造方法等诸多因素有关。7、硅酸铝质耐火材料是以氧化铝和氧化硅为基本的化学组成的耐火材料。根据制品中氧化铝和二氧化硅的含量，硅酸铝质耐火材料分为三类：①半硅质耐火材料：Al2O3含量为15-30%；②黏土质耐火材料：Al2O3含量为30-46%；③高铝质耐火材料Al2O3含量大于46%。硅酸铝质耐火材料的性能和用途随Al2O3含量变化而异。48、半硅酸质耐火材料及其的性质：含SiO2大于65%，Al2O3+TiO2小于30%的耐火材料称为半硅质耐火材料，主要制品有半硅砖和蜡石砖，属半酸性耐火材料。性质①耐火度：半硅质制品中二氧化硅含量较高，耐火度可达1650-1710℃，接近于硅砖。②荷重软化温度：在半硅质制品中，形成部分网络型结构，所以荷重软化温度比黏土质制品略高。③抗热震性：半硅质制品热震稳定性比黏土质略差，一般水冷次数为10次左右，原因是石英的线性膨胀系数大，体积变化导致局部应力集中。④抗渣性：半硅质制品在化学性质上属于半酸性，抵抗酸性渣浸蚀的能力较强。⑤重烧线变化：由于二氧化硅的膨胀抵消了粘土的高温收缩，体积稳定，比黏土质制品的重烧线变化小。9、高铝质耐火材料：Al2O3含量大于48%的硅酸铝耐火材料统称为高铝质耐火材料，按Al2O3含量可划分为三个等级：Ⅰ等：w(Al2O3)75%主晶相为莫来石和刚玉；Ⅱ等：w=60-75%，相当于莫来石矿物的组成。Ⅲ等：w=48-60%，主晶相为莫来石和玻璃相。其性质：其与黏土质耐火材料相比，优点是耐火度及荷重软化温度高且随氧化铝含量增加，抗渣性能显著改善。①耐火度:波动范围较大，一般为1770-2000℃，主要随氧化铝含量增加而提高。②荷重软化温度：其荷重软化开始变形温度大于1400℃，并随氧化铝含量的增加而提高。③热导性：因为高铝制品导热能力很低的玻璃相较少而导致导热能力较好的莫来石和刚玉质晶体量增加，则其比黏土质制品导热能力高。④抗渣性：由氧化铝为两性氧化物，当制品为莫来石-刚玉质结构时抗渣性随氧化铝含量的增加，液相量的减少而提高，但抗渣性能力强于黏土质次于镁质材料，并随莫来石和刚玉含量增加而增强。