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特種耐火材料的發展與高溫技術

發布日期: 2017年08月21日 點擊次數: 瀏覽: 字體:

  特種耐火材料就是在傳統陶瓷和耐火材料的基礎上發展起來的一組新型無機材料,也稱做高溫陶瓷材料。傳統陶瓷的生產工藝是將原料制成細粉再成型。用陶瓷的方法制造耐火材料也算是特殊工藝方法,應該在第五章敘述,但由于特種耐火材料化學成分的高純度,超級的耐火性能,各種特殊性能,復雜的制品形狀,特別的使用條件等,可以成為一個單獨體系,作為一章在此作系統敘述。近代空間技術,高速飛行器(人造地球衛星)的噴射推進裝備發展,尤其噴射發動機的燃氣渦輪旋轉葉片、噴嘴、前錐體(雷達天線罩)、尾錐整流子等受到高溫、高速氣流的直接作用,難熔金屬和耐熱合金在高溫下的斷裂強度、蠕變、抗氧化性等性能達到了使用極限,必須尋找更好的特種耐火材料。

  先進的冶金技術,需要更耐高溫,抗侵蝕,抗熱震的功能材料。冶煉各種新金屬、特殊合金和半導體材料的純度要求很高,可是在熔化溫度下容易與普通耐火材料起反應而使一般耐火材料受侵蝕。金屬質的容器更不適合作為這些材料的熔化、蒸餾、澆濤、合金化過程的盛器或單晶生長用盛器,因為會污染冶煉的材料。還有火箭、導彈、電子等現代技術都要求高性能的耐火材料。這些特種耐火材料與傳統的耐火材料相比具有以下特點:

  1、大多數特種耐火材料的材質已經超出了硅酸鹽范圍,而且品位高、純度高,熔點都在2000℃以上(個別的為1728℃);

  2、成型工藝不局限半干成型,除了大量應用注漿法和可塑法成型外,還采用等靜壓、氣相沉積、熱壓、電熔等,而且大多數采用微米(μm)級的細粉料;

  3、制品燒成溫度很高(1600~2000℃,甚至更高),并在各種燒成氣氛或真空中燒成;

  4、它不僅制成磚,棒,罐等厚實制品,還制成管、板、片、坩堝等薄型制品,中空的球狀制品,高度分散的散狀材料,還可制成透明或半透明制品,柔軟如絲的纖維,各種寶石般的單晶以及硬度僅次于金剛石的超硬材料;

  5、它除了具有耐火性能外,有的還具有更好的電、熱、機械、化學等性能,因此它除了用于高溫工業,還廣泛用于其他部門。幾乎遍布國民經濟各部門;

  特種耐火材料的性能

  各種不同的特種耐火材料,雖然化學成分和結構不同,其性能也存在一定的差異,但從特種耐火材料總體來說比普通耐火材料具有許多優良的性能。

  1、熱學性質

  熱膨脹性:熱膨脹性指材料的線度和體積溫度升降發生可逆性增減的性能。常以線膨脹數或體積膨脹系數表示。大多數特種耐火材料的線膨脹系數都比較大,僅有熔融石英,氧化硼,氧化硅的線膨脹系數比較小。

  2、力學性質

  特種耐火材料的彈性模量都大。大多數具有較高的機械強度,但與金屬材料相比,由于脆性,抗沖擊強度甚低。絕大多數的特種耐火材料具有較高的硬度,因此耐磨,耐氣流或塵粒沖刷性比較好。大多數特種耐火材料的高溫蠕變都比較小。

  特種耐火材料分類

  特種耐火材料概括為五方面的內容(1)高熔點氧化物;(2)難熔化合物;(3)金屬陶瓷;(4)高溫無機涂層;(5)纖維及其增強材料;盡管單一材料具有自己的優點,可是也有不可克服的缺點和弱點。例如,金屬材料具有良好的延展性、機械強度和沖擊韌性,但這種材料的強度在高溫時急劇下降,并極容易氧化;有機材料的性能千變萬化,但它易老化,強度低,不耐高溫;無機非金屬雖然高溫性能好,但致命的弱點是脆性大,經不起沖擊。所以就把幾種材料用一定的方式復合在一起,讓各種材料的性能取長補短,而組成一種具有綜合性能的新材料。特種耐火材料的重點內容之一就是高溫復合材料。它包括金屬陶瓷,高溫無機涂層,纖維增強材料等。

  金屬陶瓷既有一定的像金屬一樣的韌性,能經受陶瓷所不能經受的熱沖擊及機械沖擊,又有像陶瓷那樣的高溫機械強度,能承受金屬所不能經受的高溫,因此既改善了陶瓷的脆性,又改善了金屬的耐高溫性,具有金屬與陶瓷兩者的綜合性能。高溫無機涂層是一種加涂在金屬或其他結構底材表面上的無機保護層或表面膜的總稱。它起著改變底材外表面的化學組成及結構,從而賦予新的或改善底材性能的作用。如在金屬材料表面加涂一層耐高溫涂層,對金屬底材起隔熱作用,使金屬的使用溫度相對提高;還有地耐熱合金或石墨等材料加涂一層抗氧化,耐化學腐蝕涂層。近年來,出現了高溫電絕緣、高溫耐磨、耐腐蝕、示溫、溫控、潤滑、防粒子輻射、光譜選擇吸收或發射、紅外輻射等各種作用的涂層。用纖維(晶須)與金屬,塑料或陶瓷復合,可以制造出耐高溫、高強度、抗疲勞等各式各樣性能優良的增強復合材料。


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