重點(diǎn)掌握：氣孔率、體積密度、吸水率、真密度的概念，計(jì)算公式及定義；熱膨脹、熱導(dǎo)率、熱容等熱學(xué)性能檢測(cè)意義；耐火材料的概念；耐火材料的常溫及高溫力學(xué)性能的檢測(cè)方法及檢測(cè)意義。氧化鋯陶瓷

      一般掌握：耐火材料的主要原料；耐火材料的種類；化學(xué)組成的分類及各類成分的作用；礦物組成的分類及各類的作用；耐火材料性能檢驗(yàn)的特點(diǎn)及作用；高溫使用性能的分類、檢測(cè)意義及檢測(cè)方法。

      了    解：耐火材料的用途與發(fā)展。

      耐火材料是耐火度不低于1580℃的無(wú)機(jī)非金屬材料。盡管各國(guó)規(guī)定的定義不同，例如，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）正式出版的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，“耐火材料四耐火度至少為1500℃的非金屬材料或制品（但不排除那些含有一定比例的金屬）”，但耐火材料是用作高溫窯、爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及工業(yè)用高溫容器和部件的材料，并能承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。

大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云石等）為原料制造的。現(xiàn)在，采用某些工業(yè)原料和人工合成原料（如工業(yè)氧化鋁、碳化硅、合成莫來(lái)石、合成尖晶石等）也日益增多。

      根據(jù)耐火度，可分為普通耐火制品（1580-1770℃）、高級(jí)耐火制品（1770-2000℃）和特級(jí)耐火制品（2000℃以上）。

      按照形狀和尺寸，可分為標(biāo)準(zhǔn)型磚、異型磚、特異型磚、大異型磚，以及實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)用坩鍋、皿、管等特殊制品。

      按制造工藝方法可分為泥漿澆注制品、可塑成型制品、半干壓型制品、由粉狀非可塑泥料搗固成型制品，由熔融料澆注的制品以及由巖石鋸成的制品。

耐火材料的化學(xué)礦物組成分類

耐火材料的外觀分類

  耐火材料的分類方法有多種，其中有按耐火材料的化學(xué)礦物組成進(jìn)行的分類法，它能表征各種耐火材料的基本組成和特性，在生產(chǎn)、使用和科學(xué)研究上均有實(shí)際意義（見(jiàn)表1）。

      此外，耐火材料又按下列指標(biāo)分類（見(jiàn)表2）。

      今后，我國(guó)耐火材料工業(yè)要由數(shù)量型向品種質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，立足于我國(guó)的資源條件和使用需要，   研究發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效高鋁質(zhì)和堿性制品，發(fā)展優(yōu)質(zhì)不定形耐火材料和絕熱耐火材料。

1、 耐火材料的組成和性質(zhì)

      耐火材料的一般性質(zhì)，包括化學(xué)礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和高溫使用性質(zhì)。其中有些是在常溫下測(cè)定的性質(zhì)，例如氣孔率、體積密度、真密度和耐壓強(qiáng)度等。根據(jù)這些性質(zhì)，可以預(yù)知耐火材料在高溫下的使用情況；另一些是在高溫下測(cè)定的性質(zhì)，例如耐火度、荷重軟化點(diǎn)、熱震穩(wěn)定性、抗渣性、高溫體積穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)反映在一定溫度下耐火材料所處的狀態(tài)，或者反映在該溫度下它與外界作用的關(guān)系。

1.1、  耐火材料的化學(xué)礦物組成

      耐火材料的若干性質(zhì)，取決于其中的物相組成、分布及各相的特性，即取決于制品的化學(xué)礦物組成。對(duì)于既定的原料，即化學(xué)礦物組成一定時(shí)，可以采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ǎ@得具有某種特性的物相組成（如晶型、晶粒大小、分布以及形成固溶體和玻璃相等），在一定限度內(nèi)提高制品的工作性質(zhì)。

1.1.1化學(xué)組成

     化學(xué)組成是耐火材料制品的基本特性。通常將耐火材料的化學(xué)組成按各成分含量和其作用分為兩部分，即占絕對(duì)多量的基本成分－主成分和占少量的從屬的副成分。副成分是原料中伴隨的夾雜成分和工藝過(guò)程中特別加入的添加成分（加入物）。

1.1.1.1、主成分 

      它是耐火制品中構(gòu)成耐火基體的成分，是耐火材料的特性基礎(chǔ)。它的性質(zhì)和數(shù)量直接決定制品的性質(zhì)。其主要成分可以是氧化物，也可以是元素或非氧化物的化合物。耐火材料按其主成分的化學(xué)性質(zhì)又可分為三類：酸性耐火材料、中性耐火材料及堿性耐火材料。

      酸性耐火材料含有相當(dāng)數(shù)量的游離二氧化硅（SiO2）。酸性最強(qiáng)的耐火材料是硅質(zhì)耐火材料，幾乎由94-97%的游離硅氧（SiO2）構(gòu)成。粘土質(zhì)耐火材料與硅質(zhì)相比，游離硅氧（SiO2）的量較少，是弱酸性的。半硅質(zhì)耐火材料局于其間。

      中性耐火材料按其嚴(yán)密含意來(lái)說(shuō)是碳質(zhì)耐火材料，高鋁質(zhì)耐火材料（Al2O345%以上）是偏酸而趨于中性耐火材料，鉻質(zhì)耐火材料是偏堿而趨于中性耐火材料。

      堿性耐火材料含有相當(dāng)數(shù)量的MgO和CaO等，鎂質(zhì)和白云石質(zhì)耐火材料是強(qiáng)堿性的，鉻鎂系和鎂橄欖石質(zhì)耐火材料以及尖晶石耐火材料屬于弱堿性耐火材料。

1.1.1.2、雜質(zhì)成分

      耐火材料的原料絕大多數(shù)是天然礦物，在耐火材料（或原料）中含有一定量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)是某些能與耐火基體作用而使其耐火性能降低的氧化物或化合物，即通常稱為熔劑的雜質(zhì)。例如鎂質(zhì)耐火材料化學(xué)成分中的主成分是MgO，其它氧化物成分均屬于雜質(zhì)成分。因雜質(zhì)成分的熔劑作用使系統(tǒng)的共熔液相生成溫度愈低。單位熔劑生成的液相量愈多，且隨溫度升高液相量增長(zhǎng)速度愈快，粘度愈小，潤(rùn)濕性愈好，則雜質(zhì)熔劑作用愈強(qiáng)。從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，這些氧化物對(duì)SiO2的熔劑作用強(qiáng)度按如下順序增強(qiáng)。

某些氧化物對(duì)SiO₂的熔劑作用

1.1.1.3、添加成分 

      在耐火制品生產(chǎn)中，為了促進(jìn)其高溫變化和降低燒結(jié)溫度，有時(shí)加入少量的添加成分。按其目的和作用不同分為礦化劑、穩(wěn)定劑和燒結(jié)劑等。通常分析耐火制品和原料的灼燒減量、各種氧化物含量和其它主要成分含量。將干燥的材料在規(guī)定溫度條件下加熱時(shí)質(zhì)量減少百分率稱為灼減。

1.1.2、礦物組成

      耐火制品是礦物組成體。制品的性質(zhì)是其組成礦物和微觀結(jié)構(gòu)的綜合反映。耐火制品的礦物組成取決于它的化學(xué)組成和工藝條件?；瘜W(xué)組成相同的制品，由于工藝條件的不同，所形成礦物相的種類、數(shù)量、晶粒大小和結(jié)合情況的差異，使其性能可能有較大差異。例如SiO2含量相同的硅質(zhì)制品，因SiO2在不同工藝條件下可能形成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同的兩類礦物－磷石英和方石英，使制品的某些性質(zhì)會(huì)有差異。即使制品的礦物組成一定，但隨礦相的晶粒大小、形狀和分布情況的不同，亦會(huì)對(duì)制品性質(zhì)有顯著的影響（如熔融制品）。

      耐火材料一般是多項(xiàng)組成體，其中的礦物相可分為兩類，即結(jié)晶相和玻璃相。

主晶相是指構(gòu)成制品結(jié)構(gòu)的主體且熔點(diǎn)較高的晶相。主晶相的性質(zhì)、數(shù)量和其間結(jié)合狀態(tài)直接決定著制品的性質(zhì)。

      基質(zhì)是指耐火材料中大晶體或骨料間隙中存在的物質(zhì)。基質(zhì)對(duì)制品的性質(zhì)（如高溫特性和耐侵飾性）起著決定性的影響。在使用時(shí)制品往往首先從基質(zhì)部分開(kāi)始損壞，采用調(diào)整和改變制品的基質(zhì)成分是改善制品性能的有效工藝措施。

絕大多數(shù)耐火制品（除少數(shù)特高耐火制品外），按其主晶相和基質(zhì)的成分可以分為兩類：一類是含   有晶相和玻璃相的多成分耐火制品，如粘土磚、硅磚等；另一類是僅含晶相的多成分制品，基質(zhì)多為細(xì)微的結(jié)晶體，如鎂磚、鉻鎂磚等堿性耐火材料。這些制品在高溫?zé)蓵r(shí)，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，但是液相在冷卻時(shí)并不形成玻璃，而是形成結(jié)晶性基質(zhì)，將主晶相膠結(jié)在一起，基質(zhì)晶體的成分不同于主晶相。

      耐火制品的顯微組織結(jié)構(gòu)有兩種類型。一種是由硅酸鹽（硅酸鹽晶體礦物或玻璃體）結(jié)合物膠結(jié)晶體顆粒的結(jié)構(gòu)類型，另一種是由晶體顆粒直接交錯(cuò)結(jié)合成結(jié)晶網(wǎng)，例如高純鎂磚，這種直接結(jié)合結(jié)構(gòu)類型的制品的高溫性能（高溫力學(xué)強(qiáng)度、抗渣性或熱震穩(wěn)定性等）較前一種優(yōu)越得多；因此具有廣闊得發(fā)展前景。

1.2、  耐火材料的組織結(jié)構(gòu)

      耐火材料是由固相（包括結(jié)晶相和玻璃相）和氣孔兩部分構(gòu)成的非均質(zhì)體，其中各種形狀和大小的氣孔與固相之間的宏觀組織結(jié)構(gòu)。

1.2.1 氣孔率、體積密度、真密度

      氣孔率、體積密度、真密度等是評(píng)價(jià)耐火材料質(zhì)量的重要指標(biāo)。GB/T2997有十個(gè)定義：體積密度（帶有氣孔的干燥材料的質(zhì)量與其總體積的比值，用g/cm3或kg/m3表示）、總體積（帶有氣孔的材料中固體物質(zhì)、開(kāi)口氣孔及閉口氣孔的體積總和）、真密度（帶有氣孔的干燥材料的質(zhì)量與其真體積之比值，用g/cm3或kg/m3表示）、真體積（帶有氣孔的材料中固體物質(zhì)的體積）、開(kāi)口氣孔（浸漬時(shí)能被液體填充的氣孔）、閉口氣孔（浸漬時(shí)不能被液體填充的氣孔）、顯氣孔率（帶有氣孔的材料中所有開(kāi)口氣孔的體積與總體積之比值，用%表示）、閉口氣孔率（帶有氣孔的材料中所有閉口氣孔的體積與總體積之比值，用%表示）、真氣孔率（顯氣孔率和閉口氣孔率的，用%表示）、致密定形耐火制品（真氣孔率小于45%的定形耐火制品）。

      GB/T2997得測(cè)定原理：稱量試樣的質(zhì)量，再用液體靜力稱量法測(cè)定其體積，計(jì)算顯氣孔率、體積密度，或根據(jù)試樣的真密度計(jì)算真氣孔率。

1.2.1.1氣孔率

      耐火材料內(nèi)的氣孔是由原料中氣孔和成型后顆粒間的氣孔所構(gòu)成。大致可分為三類：1）閉口氣孔，它封閉在制品中不與外界相通；2）開(kāi)口氣孔，一段封閉，另一段與外界相通，能為流體填充；3）貫通氣孔，貫通制品的兩面，能為流體通過(guò)；為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，通常將上述三類氣孔合并為兩類，即開(kāi)口氣孔（包括貫通氣孔）和閉口氣孔。一般開(kāi)口氣孔體積占總氣孔體積的絕對(duì)多數(shù)，閉口氣孔的體積則很少，閉口氣孔體積難于直接測(cè)定，因此，制品的氣孔率指標(biāo)，常用開(kāi)口氣孔率（亦稱顯氣孔率）表示。

      真氣孔率（總氣孔率）A =(V1+V2)Χ100%/V0,開(kāi)口氣孔率(顯氣孔率) B= V1Χ100%/V0式中：V0、V1 、V2分別代表總氣孔體積、開(kāi)口氣孔體積和閉口氣孔體積（CM3）.

1.2.1.2 吸水率

      它是制品中全部開(kāi)口氣孔吸滿水的質(zhì)量與其干燥質(zhì)量之比，以百分率表示，它實(shí)質(zhì)上是反映制品中開(kāi)口氣孔量的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，由于其測(cè)定簡(jiǎn)便，在生產(chǎn)中多直接用來(lái)鑒定原料煅燒質(zhì)量。燒結(jié)良好的原料，其吸水率數(shù)值應(yīng)較低。

1.2.1.3 體積密度

      表示干燥制品的質(zhì)量與其總體積之比，即制品單位體積（表觀體積）的質(zhì)量，用g/cm3表示。

體積密度也是表征制品致密程度的主要指標(biāo)，密度較高時(shí)，可減少外部侵入介質(zhì)（液相或氣相）對(duì)耐火材料作用的總面積，從而提高其使用壽命，所以致密化是提高耐火材料質(zhì)量的重要途徑，通常在生產(chǎn)中應(yīng)控制原料煅燒后的體積密度，磚坯的體積密度和制品的燒結(jié)程度。

1.2.1.3 真密度

      GB/T5071標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)定義：真密度（帶有氣孔的干燥材料的質(zhì)量與其真體積之比值，用g/cm3或kg/m3表示）、真體積（帶有氣孔的材料中固體物質(zhì)的體積）。

      GB/T5071標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定原理：把試樣破碎，磨碎，使之盡可能不存在有封閉氣孔，測(cè)量其干燥的質(zhì)量和真體積，從而測(cè)得真密度。細(xì)料的體積用比重瓶和已知密度的液體測(cè)定，所用液體溫度必須控制或仔細(xì)地測(cè)量。

      真密度是指不包括氣孔在內(nèi)的單位體積耐火材料的質(zhì)量，可用下式表示。

d真=G/[ V0- (V1+V2)],式中  G-干燥試樣質(zhì)量，g; V0、V1、V2——分別為試樣的總體積，開(kāi)口氣孔體積，閉口氣孔體積，cm3。

2、 耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性

2.1、熱膨脹

      GB/T7320標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)定義：線膨脹率（室溫至試驗(yàn)溫度間試樣長(zhǎng)度的相對(duì)變化率，用%表示）、平均線膨脹率（室溫至試驗(yàn)溫度間溫度每升高1℃試樣長(zhǎng)度的相對(duì)變化率，單位為10-6/℃）,常見(jiàn)耐火制品的平均熱膨脹系數(shù)見(jiàn)表。

 耐火制品的平均熱膨脹率（20-2000℃）

   GB/T7320標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定原理：以規(guī)定的升溫速率將試樣加熱到指定的試驗(yàn)溫度，測(cè)定隨溫度升高試樣長(zhǎng)度的變化值，計(jì)算出試樣隨溫度升高的線膨脹率和指定溫度范圍的平均線膨脹系數(shù)，并繪制出膨脹曲線。

      耐火材料的熱膨脹是指其體積或長(zhǎng)度隨著溫度升高而增大的物理性質(zhì)。

2.2、熱導(dǎo)率

      YB/T4130把導(dǎo)熱系數(shù)定義為：指單位時(shí)間內(nèi)在單位溫度梯度下沿?zé)崃鞣较蛲ㄟ^(guò)材料單位面積傳遞的熱量。如式（1）所示：

λ=q/(dT/dx)

式中：λ——導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開(kāi)爾文（W/（m.K）;

q——單位時(shí)間熱流密度，單位為瓦每平方米（W/m）;

dT/dx——溫度梯度，單位為開(kāi)爾文每米（K/m）。    

YB/T4130測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)原理為：根據(jù)傅立葉一維平板穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程的基本原理，測(cè)定穩(wěn)態(tài)時(shí)單位時(shí)間一維溫度場(chǎng)中熱流縱向通過(guò)試樣熱面流至冷面后被流經(jīng)中心量熱器的水流吸收的熱量。該熱量同試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，冷熱面溫差，中心量熱器吸熱面面積成正比，同試樣的厚度成反比。               

λ=Q.δ/(A.ΔT)

式中：λ——導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開(kāi)爾文（W/（m.K）;

Q——單位時(shí)間內(nèi)水流吸收的熱量，單位為瓦（W）;

δ——試樣的厚度，單位為米（m）;

A——試樣的面積，單位為平方米（m2）;

ΔT——冷、熱面溫差，單位為開(kāi)爾文（K）.

水流吸收的熱量與水的比熱、水的質(zhì)量、水溫升高成正比：

Q=C.ω. Δt

式中：Q——單位時(shí)間內(nèi)水流吸收的熱量，單位為瓦（W）;

      C——水的比熱, 單位為焦每克開(kāi)爾文（J/（g.K）;

   ω——水流量，單位為克每秒（g/s）;

   Δt——水溫升高, 單位為開(kāi)爾文（K）.

      其物理意義是指單位溫度梯度下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位垂直面積的熱量。熱導(dǎo)率是表征耐火材料導(dǎo)熱特性的一個(gè)物理指標(biāo)，其數(shù)值等于熱流密度除以負(fù)溫度梯度。

2.3、熱容

      任何物質(zhì)受熱時(shí)都升溫，但質(zhì)量相同的不同物質(zhì)升溫1℃所需的熱量不同。通常用常壓下加熱1kg物質(zhì)使之升溫1℃所需的熱量（kJ）來(lái)表示，稱為熱容（也稱比熱容）。

2.4、溫度傳導(dǎo)性

      溫度傳導(dǎo)性是表示物體加熱時(shí)的溫度傳遞速度，它決定耐火材料急冷急熱時(shí)內(nèi)部溫度梯度的大小。溫度傳導(dǎo)性用導(dǎo)溫系數(shù)（α）表示：

α＝λ/cρ

式中:

λ——耐火材料的熱導(dǎo)率，w/m.k;

c——耐火材料的等壓熱容量，kJ/kg.℃；

ρ——耐火材料的體積密度，kg/m3。

一般耐火材料的熱容量差別不大，它們的溫度傳導(dǎo)性主要取決于制品的導(dǎo)熱性和體積密度。

2.5、導(dǎo)電性

      耐火材料（除炭質(zhì)和石墨質(zhì)制品外）在常溫下是電的不良導(dǎo)體。隨溫度升高，電阻減小導(dǎo)電性增強(qiáng)。在1000℃以上時(shí)提高的特別顯著，如加熱至熔融狀態(tài)時(shí)，則會(huì)呈現(xiàn)出很大的導(dǎo)電能力。

3、耐火材料的力學(xué)性質(zhì)

      耐火材料的力學(xué)性質(zhì)是指材料在不同溫度下的強(qiáng)度、彈性和塑性性質(zhì)。通常用檢驗(yàn)?zāi)蛪骸⒖拐?、耐磨性和高溫荷軟蠕變等指?biāo)來(lái)判斷耐火材料的力學(xué)性質(zhì)。

3.1、常溫力學(xué)性質(zhì)

3.1.1、常溫耐壓強(qiáng)度

      它是指常溫下耐火材料在單位面積上所承受的最大壓力，如超過(guò)此值，材料被破壞。如用A表示試樣受壓的總面積，以P表示壓碎試樣所需的極限壓力，則有：

常溫耐壓強(qiáng)度＝P/A    Pa

      通常，耐火材料在使用過(guò)程中很少由于常溫的靜負(fù)荷而招致破損。但常溫耐壓強(qiáng)度主要是表明制品的燒結(jié)情況，以及與其組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的性質(zhì)，測(cè)定方法簡(jiǎn)便，因此是判斷制品質(zhì)量的常用檢驗(yàn)項(xiàng)目。

3.1.2、抗拉、抗折和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 

      耐火材料在使用時(shí)，除受壓應(yīng)力外，還受拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用，影響耐火制品的抗拉和抗折強(qiáng)度的主要因素是其組織結(jié)構(gòu)，細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)有利于這些指標(biāo)的提高。

3.1.3、耐磨性

      耐火材料的耐磨性不僅取決于制品的密度、強(qiáng)度，而且也取決于制品的礦物組成、組織機(jī)構(gòu)和材料顆粒結(jié)合的牢固性。常溫耐壓強(qiáng)度高，氣孔率低，組織結(jié)構(gòu)致密均勻，燒結(jié)良好的制品總是有良好的耐磨性。

3.2、高溫力學(xué)性質(zhì)

3.2.1、高溫耐壓強(qiáng)度

      高溫耐壓強(qiáng)度是材料在高溫下單位截面所能承受的極限壓力。隨著溫度升高，大多數(shù)耐火制品的強(qiáng)度增大，其中粘土制品和高鋁制品特別顯著，在1000－1200℃達(dá)到最大值。這是由于在高溫下生成熔液的粘度比在低溫下脆性玻璃相粘度更高些。但顆粒間的結(jié)合更為牢固。溫度繼續(xù)升高時(shí)，強(qiáng)度急劇下降。耐火材料高溫耐壓強(qiáng)度指標(biāo)可反映出制品在高溫下結(jié)合狀態(tài)的變化。

3.2.2、高溫抗折強(qiáng)度

      高溫抗折強(qiáng)度是指材料在高溫下單位截面所能承受的極限彎曲應(yīng)力。它表征材料在高溫下抵抗彎矩的能力。

      高溫抗折強(qiáng)度又稱高溫彎曲強(qiáng)度或高溫?cái)嗔涯Ａ?。測(cè)定在高溫下一定尺寸的長(zhǎng)方體試樣在三點(diǎn)彎曲裝置上受彎時(shí)所能承受的最大荷重，抗折強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

R=3.W.l/2.b.d²

式中  R——抗折強(qiáng)度，Pa;

      W——斷裂時(shí)所施加的最大載荷，N;

      l——兩支點(diǎn)間的距離，cm;

      b——試樣的寬度，cm;

      d——試樣的厚度，cm。

       耐火材料的高溫強(qiáng)度與其實(shí)際使用密切相關(guān)。特別是對(duì)于評(píng)價(jià)堿性直接結(jié)合磚的質(zhì)量，高溫抗折強(qiáng)度是很重要的性能。如堿性直接結(jié)合磚的高溫抗折強(qiáng)度大，則抵抗因溫度梯度產(chǎn)生的剪應(yīng)力強(qiáng)，因而制品在使用時(shí)不易產(chǎn)生剝落現(xiàn)象。高溫抗折強(qiáng)度大的制品亦會(huì)提高對(duì)其物料的撞擊和磨損性，增強(qiáng)抗渣性，因此，高溫抗折強(qiáng)度作為表征制品強(qiáng)度的指標(biāo)。

      耐火材料的高溫抗折強(qiáng)度指標(biāo)，主要取決于制品的化學(xué)礦物組成，組織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝。

3.2.3、高溫蠕變性

      當(dāng)材料在高溫下承受小于其極限的某一恒定荷重時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，變形量會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增加，甚至?xí)共牧掀茐?，這種現(xiàn)象叫蠕變。因此，對(duì)于處于高溫下的材料，就不能孤立地考慮其強(qiáng)度，而應(yīng)將溫度和時(shí)間的因素與強(qiáng)度同時(shí)考慮。例如，長(zhǎng)時(shí)間在高溫下工作的熱風(fēng)爐格子磚的損壞，是由于磚體逐漸軟化產(chǎn)生可塑變形，強(qiáng)度顯著下降甚至破壞，格子磚的這種蠕變現(xiàn)象成為爐子損壞的主要原因。

      一般認(rèn)為影響高溫蠕變的因素有：1）使用條件，如溫度和荷重、時(shí)間、氣氛性質(zhì)等；2）材質(zhì)，如化學(xué)組成和礦物 ；3）顯微組織結(jié)構(gòu)。材料高溫蠕變曲線劃分為三個(gè)階段，第一階段蠕變?yōu)闇p速蠕變（時(shí)間短暫）；第二階段為勻速蠕變（蠕變速率最?。?；第三階段為加速蠕變（蠕變速率迅速增加）。

4、              耐火材料的高溫使用性質(zhì)

4.1、耐火度

      耐火度在無(wú)荷重時(shí)抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱為耐火度。對(duì)耐火材料而言，耐火度所表示的意義與熔點(diǎn)不同。熔點(diǎn)是純物質(zhì)的結(jié)晶相與其液相處于平衡狀態(tài)下的溫度。但一般耐火材料是由各種礦物組成的多相固體混合物，并非單相的純物質(zhì)，故無(wú)一定的熔點(diǎn)，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，即只有一個(gè)固定的開(kāi)始熔融溫度和一個(gè)固定的熔融終了溫度。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)液相和固相同時(shí)存在。

      耐火度是個(gè)技術(shù)指標(biāo)，其測(cè)定方法是由試驗(yàn)物料作成的截頭三角錐，上底每邊長(zhǎng)2mm，下底每邊長(zhǎng)8mm，高30mm，（有一側(cè)面與垂直方向夾角為8⁰）截面成等邊三角形。在一定升溫速率下加熱時(shí)，由于其自重的影響而逐漸變形彎倒，當(dāng)其彎倒直至頂點(diǎn)與底盤(pán)相接觸的溫度，即為試樣的耐火度。

      GB/T7322標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)定義：耐火度（耐火材料耐高溫的特性）、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐（把具有規(guī)定的形狀、尺寸的一定組成的截頭三角錐體，當(dāng)其按規(guī)定條件安裝和加熱時(shí)，能按已知方式在規(guī)定的溫度彎倒稱為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐）、參照溫度（當(dāng)安插在錐臺(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐，在規(guī)定的條件下按規(guī)定的加熱速度加熱時(shí)，其錐的尖端彎倒至錐臺(tái)面時(shí)的溫度）及耐火度測(cè)定原理。參照溫度（彎倒溫度）

GB/T7322標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)原理：將耐火原料或制品的試錐與已知耐火度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐一起載在錐臺(tái)上，在規(guī)定的條件下加熱并比較試錐與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐的彎倒情況來(lái)表示試錐的耐火度。

4.2、高溫荷重變形溫度

      YB/T370標(biāo)準(zhǔn)有四個(gè)定義：荷重軟化溫度（耐火制品在規(guī)定升溫條件下，承受恒定壓負(fù)荷產(chǎn)生變形的溫度）、最大膨脹值溫度T0（試樣膨脹到最大值時(shí)的溫度）、x%變形溫度Tx（試樣從膨脹最大值壓縮了原始高度的某一百分?jǐn)?shù)（x）時(shí)的溫度）、潰裂或破裂溫度Tb（試驗(yàn)在T0后，試樣突然潰裂或破裂時(shí)的溫度）；一個(gè)原理（在恒定的荷重和升溫速率下，圓柱體試樣受荷重和高溫的共同作用產(chǎn)生變形，測(cè)定其規(guī)定變形程度的相應(yīng)溫度）。

       耐火材料在高溫下的荷重變形指標(biāo)表示它對(duì)高溫和荷重同時(shí)作用的抵抗能力，也表示耐火材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化范圍。耐火材料的高溫荷重變形溫度的測(cè)定方法是固定試樣承受的壓力，不斷升高溫度，測(cè)定試樣在發(fā)生一定變形量和坍塌時(shí)的溫度稱為高溫荷重變形溫度。

耐火材料荷重變形曲線不同的原因主要取決于制品中化學(xué)礦物組成，即取決于：

（1）存在的結(jié)晶相、晶體構(gòu)造和性狀，即晶體是否形成網(wǎng)絡(luò)骨架或以孤島狀分散于液相中，前者變形溫度高，后者的變形溫度主要由液相的含量及粘度所決定，可見(jiàn)顯微組織結(jié)構(gòu)對(duì)制品的荷重變形溫度有顯著的影響。

（2）晶相和液相的數(shù)量及液相在一定溫度下的粘度。

（3）晶相與液相的相互作用，兩者的相互作用會(huì)改變液相的數(shù)量和性質(zhì)。此外，制品的致密程度對(duì)高溫荷重變形溫亦有一定的影響。

4.3、高溫體積穩(wěn)定性

      耐火材料在高溫下長(zhǎng)期使用時(shí)，其外形體積保持穩(wěn)定不發(fā)生變化（收縮或膨脹）的性能稱為高溫體積溫度性。它是評(píng)定制品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

      耐火材料在燒成過(guò)程中，其間的物理化學(xué)變化一般都未達(dá)到燒成溫度下的平衡狀態(tài)，當(dāng)制品在長(zhǎng)期使用中，受高溫作用時(shí)，一些物理化學(xué)變化仍然會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。另一方面，制品在實(shí)際燒成過(guò)程中，由于種種原因，會(huì)有燒成不充分的制品，此種制品在窯爐上使用再受高溫作用時(shí)，由于一些燒成變化繼續(xù)進(jìn)行，結(jié)果使制品的體積發(fā)生變化——收縮或膨脹，這種不可逆的體積變化稱為殘余收縮或膨脹，也稱重?zé)湛s或膨脹。重?zé)w積變化的大小，表明制品的高溫體積穩(wěn)定性。

重?zé)龝r(shí)的體積變化可用體積百分率或線變化百分率表示：

L_C=(L₁-L₀)Χ100/L₀

     Vc=(V₁-V₀)Χ100/V₀

式中  L_C——試樣重?zé)€變化率，%;

      Vc——試樣重?zé)w積變化率，%;

      L₀、L₁——依次表示重?zé)昂笤嚇拥拈L(zhǎng)度，mm;

      V ₀、V ₁——依次表示重?zé)昂笤嚇拥捏w積，cm³;

按上兩式計(jì)算的結(jié)果為正值表明膨脹，為負(fù)值表明收縮。當(dāng)重?zé)w積變化很小時(shí)，可以認(rèn)為Vc =3L_C。

4.4、熱震穩(wěn)定性

      耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破壞的性能稱為熱震穩(wěn)定性。眾所周知，材料隨溫度的升降，產(chǎn)生膨脹或收縮，如果此膨脹或收縮受到約束不能自由發(fā)展時(shí)，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。此種因材料的熱膨脹或收縮而引起的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。熱應(yīng)力不僅在具有機(jī)械約束的條件下產(chǎn)生，而且均質(zhì)材料中出現(xiàn)溫度梯度，非均質(zhì)固體中各相之間的熱膨脹系數(shù)的差別，甚至單相多晶體中的熱膨脹系數(shù)的各向異性，都是產(chǎn)生熱應(yīng)力的根源。

      耐火材料的熱震損傷可分為兩大類：一類是瞬時(shí)斷裂，稱為熱沖擊斷裂；另一類是在熱沖擊循環(huán)作用下，先出現(xiàn)開(kāi)裂，剝落，然后碎裂和變質(zhì)，終至整體損傷，稱為熱震損傷。

      結(jié)語(yǔ)：展望 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和高溫工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)耐火材料力學(xué)性能的認(rèn)識(shí)將越來(lái)越深，要求越來(lái)越高，不斷有新的力學(xué)性能項(xiàng)目來(lái)表達(dá)耐火材料的質(zhì)量和耐用性。因此，要求測(cè)定耐火材料的力學(xué)性能項(xiàng)目會(huì)越來(lái)越多。例如，耐火纖維材料將要求測(cè)定纖維強(qiáng)度和制定測(cè)試方法；面臨著愈加嚴(yán)酷的使用條件，耐火材料的抗沖刷性、耐磨性等會(huì)成為某些耐火材料的重要性能，因而將要求逐漸創(chuàng)立科學(xué)的表達(dá)方法和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。