结合剂
把由耐火粗颗粒料和粉料组成的散状耐火材料胶结在一起的物质，又称“胶结剂”。用作耐火材料的结合剂，不但要求具有较好的冷态和热态结合强度，而且要求具有较好的施工(成型)性能和使用性能。
分类耐火材料，尤其是不定形耐火材料所用的结合剂，随被结合材料的性能及用途不同而不同，品种繁多，一般按结合剂的化学性质和结合剂的硬化条件分类。
按结合剂的化学性质分有无机结合剂和有机结合剂。
(1)无机结合剂。按其化合物性质可分为6类。第1类为硅酸盐类。包括硅酸钙水泥、水玻璃(包括硅酸钠、硅酸钾水玻璃)和结合粘土。第2类为铝酸盐类。包括普通铝酸钙水泥(也称矾土水泥或高铝水泥)、纯铝酸钙水泥、铝酸钡水泥、含尖晶石铝酸钙水泥等。第3类为磷酸盐类。包括磷酸、磷酸二氢铝、磷酸镁、磷酸铵、铝铬磷酸盐、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等。第4类为硫酸盐类。包括硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁等。第5类为氯化物类。包括氯化镁(卤水)、氯化铁、聚合氯化铝(又称碱式氯化铝)等。第6类为溶胶类。包括硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶等。
(2)有机结合剂。按制取方法分为两类。第l类为天然有机物，即从天然有机物中分离出的，包括淀粉、糊精、阿拉伯树胶、海藻酸钠、纸浆废液、焦油和沥青等。第2类为合成有机物，即通过化学反应或缩聚反应而合成的，包括甲阶酚醛树脂、线性酚醛树脂(又称酚醛清漆)、环氧树脂、t聚胺脂树脂、脲醛树脂、聚醋酸己烯脂、聚苯己烯、硅酸己酯、聚己烯醇类树脂、呋喃树脂等等。
按结合剂硬化条件分有水硬性、气硬性和热硬性结合剂。
(1)水硬性结合剂。加入散状耐火材料集料中、加水混合均匀并成型后，在潮湿条件下养护才能发生正常的凝结与硬化的结合剂，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥。
(2)气硬性结合剂。与散状耐火材料集料混合成型后，在自然干燥条件(常温)下养护即可发生凝结与硬化的结合剂，这类结合剂使用时一般要加硬化剂，如水玻璃加氟硅酸钠，磷酸或磷酸二氢铝加铝酸钙水泥或氧化镁，氧化硅微粉加铝酸钙水泥或氧化镁等。
(3)热硬性结合剂。与散状耐火材料集料混合成型后，在加热烘烤时才能发生硬化的结合剂，如磷酸、磷酸二氢铝、甲阶酚醛树脂等。
结合机理耐火材料用的结合剂，随结合剂的化学性质不同，其结合机理也不同。
(1)水化结合。借助于常温下结合剂与水发生水化反应生成水化产物而产生结合作用。如铝酸钙水泥加水后，发生水解和水化反应生成六方片状或针状CaO?A12O3?
10H2O(CAHl0)、2Ca0?AL2O3?8H2O(C2AH8)和立方粒状3Ca0?AL2O3?6H2O(C3AH6)晶体和氧化铝凝胶体(AL2O3gel)，形成凝聚一结晶网而产生结合，反应如下：
又如p—AL2O3加水混合时，会发生水化反应而生成单斜板状、纤维状或粒状三羟铝石(Bayerite)和斜方板状勃姆石(Boehmite)而产生结合作用。反应如下：
水化结合的结合剂在常温下进行水化反应需要有一定的时间，因此有一定的凝结与硬化时间。
(2)化学结合。借助于结合剂与硬化剂(又称促凝剂)，或结合剂与耐火材料集料之间在常温下发生化学反应，或加热时发生化学反应生成具有结合作用的化合物而产生结合。如硅酸钠(水玻璃)结合剂加氟硅酸钠硬化剂时，发生如下反应：
反应结果生成水溶胶SiO2?nH20、经脱水形成硅氧烷(Si一0一Si)网络状结构，从而产生较强的结合强度。又如磷酸二氢铝加MgO时，在常温下发生如下脱水和交联反应而产生结合强度：
(3)缩聚结合。借助于加催化剂或交联剂使结合剂发生缩聚形成网络状结构而产生结合强度。如甲阶酚醛树脂加酸作催化剂或加热时可产生如下缩聚反应而产生较好的结合强度：
又如线型酚醛树脂加上甲基四胺在加热下可产生如下
(4)陶瓷结合。系指低温烧结结合，即在散状耐火材料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉末，以交联反应而产生缩聚结合大大降低液相出现温度，促进低温下固一液反应而产生低一中温烧结结合。
一般所使用的烧结助剂是在500～1000℃的低温下首先产生粘性液相将集料颗粒粘结在一起，随后随着温度提高，依靠液一固之间的高温化学反应，生成具有更高熔融温度的结合相而产生坚固的结合。如往刚玉质干法震动料中加入少量的硼酐，由于硼酐在450～550℃生成粘性液相，随后与a一AL2O3发生液固反应，生成具有更高熔融温度的化合物2AL2O3?B2O3(不一致熔融温度1035℃)，9AL2O3?2B2O3(不一致熔融温度1950℃)而将刚玉骨料固结在一起，其相关系见图1。
(5)粘着(粘附)结合。是借助于如下几种物理作用之一或几种作用叠加而产生结合的。其一是吸附作用，包括物理吸附和化学吸附，依靠分子间的相互作用力——范德瓦尔斯力而产生结合；其二是扩散作用，即在物质分子热运动的作用下，粘结剂与被粘结物的分子发生相互扩散作用，在界面上形成扩散层，从而形成牢固的结合；其三是静电作用，即粘结剂与被粘结物的界面存在着双电层，由双电层的静电引力作用而产生结合。
产生粘着结合的结合剂多数为有机结合剂，其中有的为暂时性结合剂，即在常温下或低温下起结合作用，经中温和高温热处理后会燃烧掉，如糊精、羧甲基纤维素、环氧树脂、纸浆废液等；有的为永久性结合剂，经中、高温热处理后，除部分挥发物分解挥发掉外，其余的成分会碳化形成碳结合，如沥青、酚醛树脂等高含碳的有机结合剂。也有一些永久性无机结合剂具有粘结作用，如磷酸二氢铝、水玻璃、硅溶胶等。
图2质点的势能与质点间距的关系
(6)凝聚结合。依靠加入凝聚剂使微粒子(胶体粒子)发生凝聚而产生结合。根据DLVO理论，胶体质点之间存在着范德瓦尔斯力，当质点在相互接近时，又因双电层的重叠而产生排斥力，胶体的稳定性和凝聚性就取决于质点之间的吸引力和排斥力的相对大小，此两种作用力合成的总势能曲线如图2中实线所示。当胶体质点相互靠近越过图2中所示的势垒Vmax后，由于引力起主导作用，质点(微粒)就会发生凝聚。因此，要使微粒发生凝聚，必须克服双电层重叠时而产生的排斥力，或降低势垒Vmax。要减小排斥力，或降低Vmax，可往胶体溶液中加入电解质，这样就会有更多的反离子进入双电层中的扩散层，由于电性中和作用，扩散层厚度变薄，排斥力下降。当扩散层变薄(压缩)到与紧密层叠合时，ζ电位为零，此时称为“等电点”。对不同性质的胶体而言，其“等电点”时的pH值是不同的。达到“等电点”时，胶体粒子会发生快速凝聚。图3为SiO2、TiO2、Cr2O3和AL2O3几种氧化超微粉制备成浆体的“等电点”与pH值的关系。据此可利用加入适当的迟效性凝聚剂(电解质)来控制凝聚过程的效果。
图3不同超微粉泥浆的等电点
结合剂的选用耐火材料，尤其是不烧耐火制品和不定形耐火材料的力学强度主要是靠结合剂形成的，因此结合剂是耐火材料的主要成分之一。但随着耐火材料的材质不同，以及成型或施工方法的不同，应当分别选用不同性质的结合剂。机压和捣打成型的烧成耐火制品，可选用暂时性的结合剂，如亚硫酸纸浆废液、糊精、糖蜜、甲基纤维素或羧甲基纤维素、淀粉、阿拉伯树脂等。机压或捣打成型的不烧耐火制品，应选用永久性结合剂。如硅酸铝质刚玉质等不烧制品，可选用磷酸、磷酸二氢铝，硫酸铝等酸性结合剂。而碱性和弱碱性不烧耐火制品，如镁质、镁铝或铝镁质、镁铬质等不烧制品应选用碱性结合剂，如水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等。含碳的或碳化硅的耐火材料可选用含碳有机结合剂，如镁碳质、铝碳质、氧化铝一碳化硅一碳质、尖晶石一碳质等不烧制品，可选用沥青、酚醛树脂、沥青改性酚醛树脂作结合剂。
不定形耐火材料的结合剂选择，除要考虑与材质的匹配、结合强度外，还要考虑对不同施工方法的适应性，也就是要考虑结合剂的凝结硬化方式、凝结硬化时间，对材料流变特性、浸润性、粘结性和铺展性等的影响。浇注耐火材料应选用能产生水化结合、或化学结合、或凝聚结合的结合剂，如粘土质、高铝质、刚玉质、莫来石质等浇注料可选用铝酸钙水泥、磷酸或磷酸二氢铝加硬化剂，水玻璃加氟硅酸钠硬化剂，氧化物超微
粉加分散剂和迟效硬化剂等作结合剂。可塑和捣打耐火材料应选用气硬性的化学结合、或凝聚结合、或粘着结合的结合剂，如硅酸铝质可塑料可选用磷酸、磷酸二氢铝、硫酸铝以及结合粘土作结合剂。喷射耐火材料应选用化学结合或水化结合的结合剂，如碱性(镁质)喷补料可选用聚磷酸钠(三聚磷酸钠、或六偏磷酸钠)和羧甲基纤维素作结合剂，也可使用铝酸钙水泥作结合剂(热态喷补用)，而硅酸铝质喷涂或喷补料可选用纯铝酸钙水泥、固态磷酸二氢铝、或固态水玻璃作结合剂。耐火泥浆应选用气硬性或热硬性结合剂，酸性、中性耐火材料配制成的泥浆应选用酸性、弱酸性结合剂，而碱性耐火材料配制成的泥浆则应选用碱性或弱碱性的结合剂。
第一章： 1耐火材料的定义；耐火度不小于1580℃的无机非金属 材料分类：按化学成份、矿物组成分类1）氧化硅质2）硅酸铝质3）氧化镁质4）刚玉质5）白云石质MgCa(CO3)2 6）尖晶石质Fe2MgO4 7）橄榄石质Mg2SiO4 8）碳质9）含锆质10）特殊耐火材料 按化学性质分类；1）酸性耐火材料2）中性耐火材料3）碱性耐火材料 3、按制造方法分类块状耐火材料;不定形耐火材料;烧制耐火材料;熔铸耐火材料。 4、按耐火度分类普通耐火材料（1580～1770℃）;高级耐火材料（1770～2000℃）;特级耐火材料（大于2000℃）。 按密度分：轻质(气孔率45%-85%)、重质 生产过程中的基本知识，如一般生产工艺流程：原料加工→配料→混练→（成型）→干燥→烧成（熔制）→（成型）→检验→成品， 配料（颗粒级配又称（粒度）级配，由不同粒度组成的物料中各级粒度所占的数量，用百分数表示。）混料使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化，促进颗粒接触和塑化的操作过程称为混练。等内容； 耐火材料行业存在的问题1）钢铁行业竞争激烈，面临更大的成本压力2洁净钢的生产对耐火材料提出更高要求，除了要求长寿还要对钢水无污染3）研发有待加强，4）应注意可持续发展战略。 存在的差距： 1、通常用耐火材料综合消耗指标来衡量一个国家的钢铁工业与耐火材料的发展水平，我国吨钢消耗水还较高。（见下表） 2、耐火材料生产装备落后，新技术推广慢 3、原料不精，高纯原料的生产有困难。， 发展趋势：当今耐火材料的发展，一极是不定形化，而另一极则是定形耐火材料的高级化，概括起来就是朝着高纯化、精密化、致密化和大型化。着重开发氧化物和非氧化物复合的耐火材料。等。 问题：1合计可用作耐火原料总数为4000余种，其中常用于工业生产的耐火原料只有100种。why? 除了考虑熔点外，还要看它在自然界中存在的数量及分布情况，即作为耐火原料还应该具有来源广，成本低廉。在地球岩石层中，硅酸盐+铝酸盐数量最大占86.5%。金属Pt的熔点为1772℃，可以用作耐火原料，但是太昂贵了 2留意“烧成”与“烧结”的区别！ 烧成是陶瓷、耐火材料制品烧成过程中最重要的物理、化学过程。所谓“烧结”，就是指坯体经过高温作用逐渐排出气孔而致密的过程。 第二章： 耐火材料的宏观结构、微观结构方面的知识， 如显微结构的类型；基质连续结构，主晶相连续结构；基质连续结构：液相数量较多或主晶相润湿性良好，主晶相被玻璃相包围起来，形成基质连续，主晶相不连续结构，如粘土砖。主晶相连续结构：液相数量较少或主晶相润湿不良，形成主晶相连续，基质不连续结构，如硅砖。 力学性能中抗折强度：材料单位面积所承受的极限弯曲应力，高温抗折强度：材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力、蠕变：材料在恒定的高温、恒定
结合剂 把由耐火粗颗粒料和粉料组成的散状耐火材料胶结在一起的物质，又称“胶结剂”。用作耐火材料的结合剂，不但要求具有较好的冷态和热态结合强度，而且要求具有较好的施工(成型)性能和使用性能。 分类耐火材料，尤其是不定形耐火材料所用的结合剂，随被结合材料的性能及用途不同而不同，品种繁多，一般按结合剂的化学性质和结合剂的硬化条件分类。 按结合剂的化学性质分有无机结合剂和有机结合剂。 (1)无机结合剂。按其化合物性质可分为6类。第1类为硅酸盐类。包括硅酸钙水泥、水玻璃(包括硅酸钠、硅酸钾水玻璃)和结合粘土。第2类为铝酸盐类。包括普通铝酸钙水泥(也称矾土水泥或高铝水泥)、纯铝酸钙水泥、铝酸钡水泥、含尖晶石铝酸钙水泥等。第3类为磷酸盐类。包括磷酸、磷酸二氢铝、磷酸镁、磷酸铵、铝铬磷酸盐、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等。第4类为硫酸盐类。包括硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁等。第5类为氯化物类。包括氯化镁(卤水)、氯化铁、聚合氯化铝(又称碱式氯化铝)等。第6类为溶胶类。包括硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶等。 (2)有机结合剂。按制取方法分为两类。第l类为天然有机物，即从天然有机物中分离出的，包括淀粉、糊精、阿拉伯树胶、海藻酸钠、纸浆废液、焦油和沥青等。第2类为合成有机物，即通过化学反应或缩聚反应而合成的，包括甲阶酚醛树脂、线性酚醛树脂(又称酚醛清漆)、环氧树脂、t聚胺脂树脂、脲醛树脂、聚醋酸己烯脂、聚苯己烯、硅酸己酯、聚己烯醇类树脂、呋喃树脂等等。 按结合剂硬化条件分有水硬性、气硬性和热硬性结合剂。
(1)水硬性结合剂。加入散状耐火材料集料中、加水混合均匀并成型后，在潮湿条件下养护才能发生正常的凝结与硬化的结合剂，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥。 (2)气硬性结合剂。与散状耐火材料集料混合成型后，在自然干燥条件(常温)下养护即可发生凝结与硬化的结合剂，这类结合剂使用时一般要加硬化剂，如水玻璃加氟硅酸钠，磷酸或磷酸二氢铝加铝酸钙水泥或氧化镁，氧化硅微粉加铝酸钙水泥或氧化镁等。 (3)热硬性结合剂。与散状耐火材料集料混合成型后，在加热烘烤时才能发生硬化的结合剂，如磷酸、磷酸二氢铝、甲阶酚醛树脂等。 结合机理耐火材料用的结合剂，随结合剂的化学性质不同，其结合机理也不同。 (1)水化结合。借助于常温下结合剂与水发生水化反应生成水化产物而产生结合作用。如铝酸钙水泥加水后，发生水解和水化反应生成六方片状或针状CaO?A12O3? 10H2O(CAHl0)、2Ca0?AL2O3?8H2O(C2AH8)和立方粒状3Ca0?AL2O3?6H2O(C3AH6)晶体和氧化铝凝胶体(AL2O3gel)，形成凝聚一结晶网而产生结合，反应如下： 又如p—AL2O3加水混合时，会发生水化反应而生成单斜板状、纤维状或粒状三羟铝石(Bayerite)和斜方板状勃姆石(Boehmite)而产生结合作用。反应如下：
耐火材料的六大使用性能 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗CO侵蚀性等。 （一般）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质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。 耐火度与熔点不同，熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的温度。绝大多数耐火材料都是多相非均质材料，无一定熔点，其开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程。在相当宽的高温范围内，固液相并存，固如欲表征某种材料在高温下的软化和熔融的特征，只能以耐火度来度量。因此，耐火度是多相体达到某一特定软化程度的温度。 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质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。 国际标准化组织规定耐火度达到1500℃以上的无机非金属材料即为耐火材料。耐火度的意义与熔点不同，不能把耐火度作为耐火材料的使用温度。 （二）荷重软化温度
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，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。 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，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。耐火材料高温荷重变形温度是其重要的质量指标，因为它在一定程度上表明制品在与其使用情况相仿条件下的结构强度。决定荷重软化温度的主要因素是制品的化学矿物组成，同时也与制品的生产工艺直接相关 （三）重烧线变化（高温体积稳定性） 首先应当了解耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时，制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形，重烧线变化也称残余线变形。 耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性，保证砌体的稳定性，减少砌体的缝隙，提高其密封性和耐侵蚀性，避免砌体整体结构的破坏，都具有重要意义。 耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时，制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形，重烧线变化也称残余线变形。耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性，保证砌体的稳定性，减少砌体的缝隙，提高其密封性和耐侵蚀性，避免砌体整体结构的破坏，都具有重要意义。
《材料结构与性能》习题 第一章 1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问： 1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2)在此拉力下的真应力和真应变； 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。 3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。 第二章 1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的裂，且此裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：
与 是一回事。 4、一瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。 6、一瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；② 0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为 1.62 MPa·m2。讨论诸结果。
硅砖的应用：是焦炉、玻璃熔窑、高炉热风炉、硅砖倒焰窑和隧道窑、有色冶炼和酸性炼钢炉及其它一些热工设备的良好筑炉材料。 粘土质耐火材料的原料 软质粘土 生产过程中通常以细粉的形式加入，起到结合剂和烧结剂的作用。苏州土和广西泥是我国优质软质粘土的代表。 硬质粘土 通常以颗粒和细粉的形式加入，前者起到配料骨架的作用，后者参与基体中高温反应，形成莫来石等高温形矿物。 结合剂 水和纸浆废液 粘土质耐火材料制品原料来源丰富，制造工艺简单，产量很大，广泛用于各种工业窑炉和工业锅炉上。如隧道窑，加热炉和热处理炉等的全部或大部分炉体，排烟系统内衬用耐火材料，其中钢铁冶金系统是粘土质耐火材料制品的大用户，用于盛钢桶，热风炉、高炉、焦炉等使用温度在1350℃以下的高温部位。 铝矾土的加热变化 a. 分解阶段（400~1200℃） b 二次莫来石化阶段（1200~1400℃或1500℃） 二次莫来石化时发生约10%的体积膨胀 c. 重结晶烧结阶段（1400~1500℃）。 ? 高铝质耐材的应用 ? 由于高铝质耐火材料制品的优良性能，因而被广泛应用于高温窑炉一些受炉气、炉 渣侵蚀，温度高承受载荷的部位。例如高铝风口、热风炉炉顶、电炉炉顶等部位。 ? 硅线石族制品具有较高的荷重软化温度、热震稳定性好、耐磨性和抗侵蚀性优良， 因此适用于钢铁、化工、玻璃、陶瓷等行业，如用作烟道、燃烧室、炉门、炉柱、炉墙及滑板等。在高炉上，为确保内衬结构的稳定性、密封性，避免碱性物的侵入和析出，或风口漏风，在出铁口、风口部位，选择内衬大块型组合砖结构的硅线石族耐火材料，延长了使用寿命。 ? 莫来石制品的抗高温蠕变、抗热震性能力远远优于包括特等高铝砖在内的其它普通 高铝砖 ，广泛应用于冶金工业的热风炉、加热炉、钢包，建材工业的玻璃窑焰顶、玻璃液流槽盖、蓄热室，机械工业的加热炉，石化工业的炭黑反应炉，耐火材料和陶瓷工业的高温烧成窑及其推板、承烧板等窑具。 刚玉耐材的原料 氧化铝 所有熔点在2000℃以上的氧化物中，氧化铝是一种最普通、最容易获 得且较为便宜的氧化物。氧化铝在自然界中的储量丰富。天然结晶的 Al 2O 3被称为刚玉，如红宝石、蓝宝石即为含Cr 2O 3或TiO 2杂质的刚玉。大 232232400~600()H O Al O H O Al O αα-?????→-℃刚玉假象＋23222322400~600222H O Al O SiO H O Al O SiO ?????? →?℃＋23223229503(2)324SiO Al O SiO Al O SiO ????→?℃＋232232 12003232Al O SiO Al O SiO ≥+????→?℃
1、.耐火材料的化学成分、矿物组成及微观结构决定了耐火材料的性质； 2、耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。 耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度，它表示耐火材料的基本性能。 3、耐火材料的分类方法很多，其中主要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。 酸性耐火材料：硅质，半硅质，粘土质 中性耐火材料:碳质,高铝质、刚玉质、锆刚玉质、铬质耐火材料 两性氧化物: Al2O3、Cr2O3 碱性耐火材料一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO为主要成分的耐火材料，镁质、石灰质、白云石质为强碱性耐火材料；镁铬质、镁硅质及尖晶石质为弱碱性耐火材料。 （1）硅质耐火材料含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包括硅砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产，其SiO2含量一般不低于93%，主要矿物组成为磷石英和方石英，主要用于焦炉和玻璃窑炉等热工设备的构筑。熔融石英制品以熔融石英为主要原料生产，其主要矿物组成为石英玻璃，由于石英玻璃的膨胀系数很小，因此熔融石英制品具有优良的抗热冲击能力。 (2)镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料，以方镁石为主晶相，MgO含量大于80%的碱性耐火材料。通常依其化学组成不同分为： 镁质制品：MgO含量≥87%，主要矿物为方镁石； 镁铝质制品：含MgO >75%，Al2O3含量一般为7-8%，主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（MgAl2O4）；镁铬质制品：含MgO>60% ，Cr2O3含量一般在20%以下，主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石; 镁橄榄石质及镁硅质制品：此种镁质材料中除含有主成分MgO外，第二化学成分为SiO2。镁橄榄石砖比镁硅砖含有更多的SiO2，前者的主要矿物成分为镁橄榄石，其次为方镁石；后者的主要矿物为方镁石，其次镁橄榄石； 镁钙质制品：此种镁质材料中含有一定量的CaO,主要矿物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙（2 CaO?SiO2）。 3）白云石质耐火材料 以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。主要化学成分为：30-42%的MgO 和40-60%的CaO，二者之和一般应大于90%。其主要矿物成分为方镁石和方钙石（氧化钙）。 4）碳复合耐火材料 碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与相应的耐火氧化物复合生产的耐火材料。一般而言，碳复合材料主要包括镁碳制品、镁铝碳制品、锆碳制品、铝碳制品等。 5）含锆耐火材料 含锆耐火材料是指以氧化锆（ZrO2）、锆英石等含锆材料为原料生产的耐火材料。含锆耐火材料制品通常包括锆英石制品、锆莫来石制品、锆刚玉制品等。 （6）特种耐火材料 碳质制品：包括碳砖和石墨制品； 纯氧化物制品：包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等； 非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化锆、硼化钛、塞伦(Sialon）、阿伦(Alon)制品等； 1.3耐火材料的组成、结构与性质 耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，在使用过程中除承受高温作用外，还不同程度地受到机械应力、热应力作用，高温气体、熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。 耐火材料的性质主要包括化学-矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质及高温使用性质等。
一、名词解释（分） 原子半径，电负性，相变增韧、气团 原子半径：按照量子力学地观点，电子在核外运动没有固定地轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半，即共价键键长地一半，称作该原子地共价半径（）；金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径（）；范德瓦尔斯半径（）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半，如稀有气体.资料个人收集整理，勿做商业用途 电负性：等人精确理论定义电负性为化学势地负值，是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理，勿做商业用途 相变增韧：相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相（相）向单斜相（相）转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变，这种转变为马氏体转变，将产生近地体积膨胀和地剪切应变，对裂纹周围地基体产生压应力，阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途 气团：晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用，也成为气团.资料个人收集整理，勿做商业用途 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.（分） 答：从交互做作用地性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用：位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团，甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 化学交互作用：基体晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别，具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 静电交互作用：晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子地费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分地费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 三、简述点缺陷地特点和种类，与合金地性能有什么关系（分） 答：点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外，还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理，勿做商业用途 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大.另外，点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.（分） 答：板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中，由许多成条排列地马氏体板条组成，大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束，束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成，这些板条具有相同地惯习面，位向差很小，而板条束之间
耐火材料结合剂磷酸盐 以酸性正磷酸盐或缩聚磷酸盐为主要化合物并具有胶凝性能的无机材料。它是由磷酸与氧化物或氢氧化物或碱反应生成的耐火材料结合剂。磷酸盐结合剂的结合形式属化学反应结合或聚合结合。磷酸与碱金属或碱土金属氧化物及其氢氧化物反应生成的结合剂多数为气硬性结合剂，即不须加热在常温下即可发生凝结与硬化作用。磷酸与两性氧化物及其氢氧化物或酸性氧化物反应生成的结合剂多数为热硬性结合剂，即须经加热到一定温度发生反应后方可产生凝结与硬化作用。磷酸盐用作耐火材料的结合剂在产生陶瓷结合之前的中、低温范围内具有较强的结合强度，所以被广泛用作不定形和不烧耐火材料的结合剂。 分类磷酸盐的分类一般是以其化合物中所含的金属氧化物(M2O)与五氧化二磷(P2O5)的摩尔比(R=M2O//P2O5)来区分，其分类见表1。 表1磷酸盐结合剂的分类 但作为耐火材料结合剂的磷酸盐则分为两类： (1)正磷酸盐结合剂，即含一个磷原子化合物的结合剂，如磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)、磷酸一氢铝(Al2HPO4)3)； (2)缩聚磷酸盐结合剂，即含2个磷原子以上的磷酸盐化合物，如三聚磷酸钠(Na5P3O10)、六偏磷酸钠((NaPO3)6)等。正磷酸盐结合剂又可按其化合物名称命名，主要有以下几种：磷酸铝结合剂，磷酸锆结合剂，磷酸镁结合剂，磷酸铬结合剂和复合磷酸盐结合剂等。适合作耐火材料结合剂的缩聚磷酸盐主要有：焦磷酸钠(Na4P2O7)，三聚磷酸钠，六偏磷酸钠、超聚磷酸钠(Na2P4O11)等。 磷酸铝结合剂用氢氧化铝与磷酸反应而制得，其反应式如下： 反应生成的铝的磷酸盐也可用如下方式表示： 由此可计算出所生成的不同磷酸盐中Al2O3与P2O5摩尔比，一般用此摩尔比的百分数来表示磷酸铝结合剂的中和度(Nm)：
耐火材料的力学性质 耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性、和塑性性质。耐火材料在常温或高温的使用条件下，都要受到各种应力的作用而变形或损坏，各应力有压应力、拉应力、弯曲应力、剪应力、摩擦力、和撞击力等。 此外，耐火材料的力学性质，可间接反映其它的性质情况。 检验耐火材料的力学性质，研究其损毁机理和提高力学性能的途径，是耐火材料生产和使用中的一项重要工作内容。 4.1 常温力学性质 4.1.1 常温耐压强度σ压 定义；是指常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力，也即材料在压应力作用下被破坏的压力。 常温耐压强度σ压=P/A ，（pa） 式中；P—试验受压破坏时的极限压力，（N）； A—试样的受压面积，（m2）。 一般情况下，国家标准对耐火材料制品性能指标的要求，视品种而定。其中，对常温耐压强度σ压的数值要求为50Mpa左右(相当于500kg/cm2)；而耐火材料的体积密度一般为2.5g/cm3左右。据此计算，因受上方砌筑体的重力作用，导致耐火材料砌筑体底部受重压破坏的砌筑高度，应高达2000m以上。 可见，对耐火材料常温耐压强度的要求，并不是针对其使用中的受压损坏。而是通过该性质指标的大小，在一定程度上反映材料中的粒度级配、成型致密度、制品烧结程度、矿物组成和显微结构，以及其它性能指标的优劣。 体现材料性能质量优劣的性能指标的大小，不仅反映出来源于各种生产工艺因素与过程控制，而且反映过程产物气、固两相的组成和相结构状态以及相关性质指标间的一致性。一般而言，这是一条普遍规律。 4.1.2 抗拉、抗折、和扭转强度 与耐压强度类似，抗拉、抗折、和扭转强度是材料在拉应力、弯曲应力、剪应力的作用下，材料被破坏时单位面积所承受的最大外力。与耐压强度不同，抗拉、抗折、和扭转强度，既反映了材料的制备工艺情况和相关性质指标间的一致性，也体现了材料在使用条件下的必须具备的强度性能。抗折强度σ折按下式计算。
1、What is the definition for Materials Properties （MP ）?How do we classify materials properties?And please list some classification for MP.(材料特性（MP ）的定义是什么？我们如何分类材料特性，请列出一些MP 的分类。) 答：MP ：Materials ’Response to External Stimulus. 材料性能：材料在给定的外界条件下的行为。 怎样分类：根据材料对外界刺激做出的响应的类型进行分类。 分类：复杂性能（使用性能，工艺性能，复合性能） 化学性能（抗渗入性，耐腐蚀性等） 力学性能（刚度强度韧性等） 物理性能（热学光学磁学电学性能） 2. What is the core relationship between materials science and engineering? In order to obtain desired materials properties, what should we consider first to do with the materials? （材料科学与工程的核心是什么关系？为了获得所需的材料性能，我们应该首先考虑的材料的什么？） 答：材料科学与工程学的核心关系是性能（课件上面那个三角形的图） 为了提高对于材料性能的期望，我们首先要研究材料的结构与性能的关系，即研究材料学。 3. What is the most determinant for Materials mechanical properties? Why?（材料力学性能的决定因素是什么？为什么呢？） 答：材料的力学性能主要指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能，影响材料力学性能的最重要的因素是材料的结构。这些结构包括：subatomic-atomic-molecular-nano-micro-macro.由于材料的结构决定了材料的屈服强度，塑性韧性，刚度等性质，所以材料的结构对材料的力学性能影响最大。 4. what is strength of materials? Please try to identify the difference yield strength ,tensile strength ,fatigue strength and theoretical fracture strength? （材料的强度是什么？请尝试找出屈服强度，拉伸强度，疲劳强度和理论断裂强度的差异？）(中文ppt) 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力就是材料的强度。 屈服强度代表材料开始产生明显塑性变形的抗力 疲劳强度是材料在承受大小和方向同时间做周期性变化的交变应力时，往往在远小于强度极限甚至小于屈服极限的应力作用下就发生断裂。 理论断裂强度是无缺陷材料的理论预测值， 其中E 为杨氏模量，为解理面的表面能，a 为材料内部原子间的距离 5.Please describe yielding phenomena for materials, and its practical/engineering meaning. As long as there are no yielding phenomena for some materials, how do we determine the yield strength? （请描述为材料的屈服现象(书上p16)，其实际/工程意义。有一些材料没有屈服现象，我们如何确定的屈服强度？） 屈服现象是材料开始产生明显塑性变形的标志，对应图中bd 段， 2 1)(a E c s γσ≈
第一节耐火材料的基本知识 1、耐火材料的定义？ 耐火材料就是指耐火度不低于 1500℃的无机非金属材料。 2、耐火材料必须具备的基本性能？ （1）耐火度（2）高温体积稳定性（3）耐急冷急热性 3、耐火材料在电炉炼钢厂的应用？ （1）电炉炉衬、炉盖、炉底、炉坡、渣线修补料。 （2）精炼钢包包衬、包盖、滑动水口、透气砖系统。 （3）连铸中间包包衬、包盖、长水口、整体塞棒、浸入式水口。（4）模铸用漏斗砖，中注管，中心砖，汤道砖，尾砖，模底砖。 4、按耐火度不同，耐火材料可分几类？ （1）普通耐火材料，耐火度1580～1770℃； （2）高级耐火材料，耐火度1770～2000℃； （3）特级耐火材料，耐火度＞ 2000℃； 5、按化学矿物组成的性质不同，耐火度可分为几类？
（1）酸性耐火材料，如硅砖；（2）碱性耐火材料，如镁砖、白云石砖、镁碳砖；（3）中性耐火材料，如高铝砖、碳砖。 6、按外形尺寸的多少，耐火材料可分为几类？ （1）标准型耐火砖，外形尺寸≤4个；（2）普通型耐火砖，外形尺寸≤6个；（3）异型耐火砖，外形尺寸＜10个，带孔、槽、角；（4）特异型耐火砖，外形尺寸＞10，带多个孔、槽、角。 7、按外形耐火材料可分类为几类？ （1）耐火砖——具有一定的形状。（2）不定形耐火材料——散状实，需按所要形状进行施工用耐火材料。（3）耐火泥——砌砖填缝用耐火材料。 8、学习耐火基本知识的目的？ （1）掌握基本技能，科学合理使用耐火材料。 （2）掌握使用特性，防止穿炉、穿包、漏钢、跑钢事故发生。 （3）掌握使用规律，不断提高炉衬，包衬使用寿命，降低炼钢生产成本，减轻劳动强度，提高经济效益。 第二节耐火材料的基本性能 9、什么叫气孔率？
耐火材料性能测定实验 一、实验目的 1、 2、 3、 ： ： 二、耐火材料的定义〔参考:耐火材料（教科书）〕 三、耐火材料的分类和用途〔:耐火材料（教科书）〕 四、耐火材料的生产流程和工艺〔参考:耐火材料（教科书）〕 五、耐火材料性能测定的意义〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕 六、耐火材料有哪些性能测定〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕 我们选做其中二个性能测定实验 （一）耐火材料高温导热系数测定(实验资料见下面） （二）耐火材料抗热震性能测定，而且选用电炉加热实验的方法〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕 （一）耐火材料高温导热系数测定 一、实验目的 1、巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学会材料高温导热系数的测定方法及测量装置的工作原理。 2、测定试件的导热系数，确定试件导热系数与温度的关系。 二、基本原理 导热系数是耐火、绝热、保温材料的重要热物理参数之一，是材料绝热与保温性能优劣的主要指标。测定这些材料的导热系数，特别是高温条件下的导热系数，对于研究材料性质的现代理论，及深入了解热传导过程的机理，是十分必要 的。 导热系数测定装置，是根据付立叶单向度平壁稳定导热过程的基本原理，来测定耐火、绝热和保温材料的高温导热系数。实践证明，当长度与宽度为厚度的8 ～10倍以上时，平壁边缘的影响可以忽略不计。这样的平壁导热可简化为一维导 热，这时的导热可认为只沿厚度（X轴）方向进 行。见图1一1所示。
根据付立叶导热方程式写成： dx dT q λ= [W/m 2] (8—1) 将（1）式积分得：)T T (q 21-=δ λ [W/m 2] （8—2） 通过面积A 的热流量Q 为： )T T (A Q 21-?= δλ [W] 所以： )T A(T Q 21-?=δ λ [W/（m ·k ）] (8—3) 式中：λ——高温导热系数 [W/（m ·k ）] q ——热流密度 [W/m 2] A ——试件测试区面积 [m 2] δ——试件厚度 [m ] T 1——试件高温面温度 [K] T 2——试件低温面温度 [K] 因此，只要在实验过程中测定了T 1，T 2和Q ，并已知试件的厚度δ和测量面积A ，就可以通过式（3）计算出被测材料在平均温度[（T 1+T 2）/2]下的导热系数。 三、测定装置 测定装置主要由单方向加热炉、控温系统和蒸汽量热装置等三部分组成。见照片8－1。 1、单方向加热炉的结构示意图见图8－2所示。加热炉由经过处理的硅碳棒作发热体；炉衬用耐火、耐热的保温材料砌成；在炉腔底部放置碳化硅板作为均热板。均热板的中心处，从下面伸出一热电偶，用来测量试件高温面的温度，均热板上面放置被测试件，试件上面中心处放置另一个热电偶，用来测量试件低温面的温度。试件四周设有耐火耐热保温材料的衬环。 照片8－1 2、加热炉由数字温度控制器和可控硅等组成的控温系统来进行加热和控温。 3、量热装置主要由量热筒、恒温筒、保温筒、设有隔热环及汽体浮化膜的底盘和汽水分离器等组成（其结构示意图见图8－3）。量热装置中心的量热筒是整个装置的核心，它吸取来自单方向加热炉通过试件的热量，使其内部的纯蒸馏水变成一个大气压下100℃的水蒸汽。水蒸汽经过多级汽水分离器分离后，进入冷凝器冷凝成水。根据冷凝水的重量，便可求得通过试件的热流量Q 。汽水分离器的作用是把由于水的激烈沸腾而混入蒸汽的微小水滴与纯蒸汽分离开来，使测量数据更加准确。 图1—1 单向平壁的一维 导热过程示意图
理工大学2007耐材A标答 一、填空题（20分，每题2分） 1、耐火材料的物理性能主要包括烧结性能、力学性能、热学性能、和高温使用性能。 2、材料的化学组成越复杂，添加成分形成的固溶体越多，其热导率越小；晶体结构愈简单， 热导率越大。 3、硅砖生产中矿化剂的选择原则为系统能形成二液区，并且系统形成液相的温度低或不大 于1470℃。 4、相同气孔率的条件下，气孔大而集中的耐火材料热导率比气孔小而均匀的耐火材料大。 5、“三石”指蓝晶石、红柱石、硅线石，其中体积膨胀居中的是硅线石。 6、赛隆（Sialon）是指Si3N4与Al2O3在高温下形成的一类固溶体。 7、连铸系统的“三大件”，通常指整体塞棒、长水口和浸入式水口，其化学组成主要为Al2O3、 SiC、C、SiO2等。 8、高温瓷涂层的施涂方法主要有烧结法或火焰喷涂、等离子喷涂、低温烘烤补强法和气 相沉积法等。 9、不定形耐火材料所用的结合剂按硬化特点分有水硬性结合剂、热硬性结合剂、气硬性结合 剂和火硬性结合剂。 10、镁铝尖晶石的合成属固相反应烧结，影响其合成质量的因素主要为原料纯度或细度、外加剂、 烧成温度。 二、选择题（10分，每题5分） 1、不同耐火材料所对应的化学矿物组成特征1个0.83分 ①方镁石；②CaO；③K2O,Na2O；④刚玉；⑤Al2O3；⑥鳞石英。 2、白云石耐火材料抵抗富铁渣侵蚀能力的顺序：③＞①＞②，在⑤条件下更是如此。 1个1.25分①理论白云石；②高钙白云石；③富镁白云石；④氧化；⑤还原。 三、判断简答题（28分，每题7分）
1、耐火度愈高砖愈好。 答：错。(2.5分) 耐火度是指耐火材料在无荷重条件下抵抗高温而不熔化的特性。而耐火材料在使用过程中不可能无荷重，因此，耐火度只能作为一个相对指标。(4.5分) 2、水泥因含有一定数量CaO，所以，为提高高温性能，浇注料应该采用超低水泥或无水泥结合。答：错。(2.5分) 浇注料向低水泥或无水泥方向发展主要是指Al2O3-SiO2系耐火材料，Al2O3、SiO2、CaO等高温下易形成低熔物影响高温性能，而刚玉或高纯铝镁系浇注料采用水泥结合，问题不大。(4.5分) 3、二次莫来石化因伴随体积膨胀，所以，在生产中应尽可能地避免。 答：错。(2.5分) 二次莫来石化主要是指高铝砖生产中结合粘土的SiO2与高铝熟料的Al2O3反应生成莫来石，并伴随体积膨胀，因此，在生产高铝砖过程中应尽可能地避免。但是，在生产高荷软耐火材料或低蠕变砖时，其原理正是利用这种反应产生的一定体积膨胀效应。(4.5分) 4、石墨能在钢铁熔体中溶解，对其有一定污染，因此，碳复合耐火材料前途黯淡。 答：错。(2.5分) 石墨尽管高温下对钢水有一定污染，但石墨熔点高、热膨胀系数小、热导率高、不易被渣润湿，因此，碳复合耐火材料具有优异的热震稳定性、抗渣渗透性。所以，在冶炼条件苛刻的关键部位仍然需要碳复合耐火材料。(4.5分) 四、论述题（42分，每题14分） 1、试区别热剥落、结构剥落、机械剥落所形成的主要原因，并说明提高这些性能的主要措施。答：热剥落：热震稳定性；结构剥落：渣渗透；机械剥落：机械冲击。2.5分 主要措施： 热剥落：1）热膨胀系数小；2）导热率高；3）弹性模量小；4）微裂纹；5）少量液相； 6）晶须；7）合适强度。（至少3种） 4.5分
耐火材料的六大使用性 能 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
耐火材料的六大使用性能 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗CO侵蚀性等。 （一般）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质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。 耐火度与熔点不同，熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的温度。绝大多数耐火材料都是多相非均质材料，无一定熔点，其开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程。在相当宽的高温范围内，固液相并存，固如欲表征某种材料在高温下的软化和熔融的特征，只能以耐火度来度量。因此，耐火度是多相体达到某一特定软化程度的温度。 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质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。 国际标准化组织规定耐火度达到1500℃以上的无机非金属材料即为耐火材料。 耐火度的意义与熔点不同，不能把耐火度作为耐火材料的使用温度。 （二）荷重软化温度
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，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。 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，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。耐火材料高温荷重变形温度是其重要的质量指标，因为它在一定程度上表明制品在与其使用情况相仿条件下的结构强度。决定荷重软化温度的主要因素是制品的化学矿物组成，同时也与制品的生产工艺直接相关 （三）重烧线变化（高温体积稳定性） 首先应当了解耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时，制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形，重烧线变化也称残余线变形。 耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性，保证砌体的稳定性，减少砌体的缝隙，提高其密封性和耐侵蚀性，避免砌体整体结构的破坏，都具有重要意义。
《材料结构与性能》试题 一、名词解释（20分） 原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。 电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。（15分） 答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。 弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。 化学交互作用：基体晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别，具有阻碍位错运动的作用。 静电交互作用：晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子的费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分的费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用。 三、简述点缺陷的特点和种类，与合金的性能有什么关系（15分） 答：点缺陷对晶体结构的干扰作用仅波及几个原子间距范围的缺陷。它的尺寸在所有方向上均很小。其中最基本的点缺陷是点阵空位和间隙原子。此外，还有杂质原子、离子晶体中的非化学计量缺陷和半导体材料中的电子缺陷等。 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大。另外，点缺陷与合金力学性能之间的关系主要表现为间隙原子的固溶强化作用。
耐火材料结合剂的6大结合机理及选用原则 耐火材料结合剂的结合机理 结合剂的种类不同，其结合散状耐火原料的机理也有所区别。常见耐火材料结合剂的结合机理主要有以下几种： 1 水化结合 即在常温下通过结合剂与水发生水化反应生成的水化产物而产生结合作用。水泥类结合剂一般都是水化结合机理，如铝酸钙水泥遇水后发生水解和水化反应生成六方片状或针状CAH10(CaO·Al2O3·10H2O)、C2AH8(CaO·Al2O3·H2O)和立方粒状C3AH6(3CaO·Al2O3·6H2O)晶体和氧化铝凝胶体，形成凝聚一结晶网而产生结合。 2 化学结合 通过结合剂与硬化剂(促凝剂)之间的反应，或者结合剂与耐火原料在常温或高于常温而低于烧结温度的范围内发生反应生成具有结合作用的化合物而产生结合。气硬性结合剂和部分热硬性结合剂属于这种结合机理，例如水玻璃结合剂与氟硅酸钠硬化剂发生反应生成的水溶胶SiO2·nH2O经脱水形成硅氧烷(Si-O-Si)网络结构而产生结合强度;
磷酸二氢铝结合剂加MgO硬化剂时，在常温下即可发生脱水和交联反应而产生结合强度。 3 缩聚结合 借助于催化剂或交联剂，结合剂发生缩聚反应形成网络状结构而产生结合强度。例如甲阶酚醛树脂加酸作催化剂或受热时都可产生缩聚反应。 4 陶瓷结合 通过耐火原料或耐火原料与加入的烧结助剂在高温下形成的液相而产生结合。陶瓷结合实际上是一种由液相烧结而产生的结合。在耐火材料坯体中，耐火度较低的原料或耐火原料与助烧剂发生反应首先产生粘性液相使散状原料粘结在一起，随温度的提高，依靠液一固相反应生成具有更高熔融温度的新物相而产生坚固的结合。 5 粘着结合 借助于吸附作用、扩散作用和静电作用等物理作用而将散状耐火原料结合在一起。吸附作用有物理吸附和化学吸附，是依靠分子间的相互作用力一一范德华力而产生结合;扩散作用是在分子热运动的作用下，结合剂与被结合物的分子发生相互扩散，在界面上形成扩散层从而产生结合:静电作用，即若结合剂与被结合物的界面存在着双电层，