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特种耐火材料相关内容

2021-06-11访问量:683

      特种耐火材料的打开与高温技能,特别是现代高新技能的打开密切相关。近代空间技能,高速飞行器(人工地球卫星)的喷发推动配备打开,特别喷发发动机的燃气涡轮旋转叶片、喷嘴、前锥体(雷达天线罩)、尾锥整流子等遭到高温、高速气流的直接效果,难熔金属和耐热合金在高温下的断裂强度、蠕变、抗氧化性等功用达到了运用极限,有必要寻找更好的特种耐火材料。先进的冶金技能,需求更耐高温,抗腐蚀,抗热震的功用资料。训练各种新金属、特别合金和半导体资料的纯度要求很高,但是在熔化温度下简略与一般耐火资料起反响而使一般耐火资料受腐蚀。金属质的容器更不适宜作为这些资料的熔化、蒸馏、浇涛、合金化进程的盛器或单晶成长用盛器,因为会污染训练的资料。还有火箭、导弹、电子等现代技能都要求高功用的耐火资料。这些特种耐火材料与传统的耐火资料比较具有以下特点:


  (1)大多数特种耐火材料的质料现已超出了硅酸盐规模,而且层次高、纯度高,熔点都在2000℃以上(单个的为1728℃);
  (2)成型工艺不限制半干成型,除了很多运用注浆法和可塑法成型外,还选用等静压、气相沉积、热压、电熔等,而且大多数选用微米(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)它不只制成砖,棒,罐等扎实制品,还制成管、板、片、坩埚等薄型制品,中空的球状制品,高度松散的散状资料,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资料;
  (5)它除了具有耐火功用外,有的还具有更好的电、热、机械、化学等功用,因此它除了用于高温工业,还广泛用于其他部分。几乎广泛国民经济各部分;


  一、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)纤维及其增强资料;
  尽管单一资料具有自己的长处,但是也有不行打败的缺点和缺点。例如,金属资料具有杰出的延展性、机械强度和冲击耐性,但这种资料的强度在高温时急剧下降,并极简略氧化;有机资料的功用千变万化,但它易老化,强度低,不耐高温;无机非金属尽管高温功用好,但丧命的缺点是脆性大,经不起冲击。所以就把几种资料用必定的方法复合在一起,让各种资料的功用扬长避短,而组成一种具有概括功用的新资料。特种耐火材料的要点内容之一就是高温复合资料。它包含金属陶瓷,高温无机涂层,纤维增强资料等。


  金属陶瓷既有必定的像金属相同的耐性,能饱尝陶瓷所不能饱尝的热冲击及机械冲击,又有像陶瓷那样的高温机械强度,能承受金属所不能饱尝的高温,因此既改进了陶瓷的脆性,又改进了金属的耐高温性,具有金属与陶瓷两者的概括功用。


  高温无机涂层是一种加涂在金属或其他结构底材外表上的无机保护层或外表膜的总称。它起着改动底材外表面的化学组成及结构,然后赋予新的或改进底材功用的效果。如在金属资料外表加涂一层耐高温涂层,对金属底材起隔热效果,使金属的运用温度相对提高;还有地耐热合金或石墨等资料加涂一层抗氧化,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、红外辐射等各种效果的涂层。


  用纤维(晶须)与金属,塑料或陶瓷复合,能够制造出耐高温、高强度、抗疲劳等各式各样功用优异的增强复合资料。


  二、特种耐火材料的功用
  各种不同的特种耐火材料,尽管化学成分和结构不同,其功用也存在必定的差异,但从特种耐火材料全体来说比一般耐火资料具有许多优异的功用。
  (一)热学性质
  (1)热膨胀性:热膨胀性指资料的线度和体积温度升降发生可逆性增减的功用。常以线膨胀数或体积膨胀系数表明。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。
  (二)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,但与金属资料比较,因为脆性,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,最大的是二硅化钼。蠕变值的巨细与结晶尺度,晶界物质,气孔率等有联络。

  (三)电学性质
  大多数高熔点氧化物属绝缘体,其间氧化钍(ThO2)和安稳氧化锆(ZrO2)等在高温时具有导电性,见表3;碳化物、硼化物的电阻都很小;有些氮化物是电的良导体,而有些则是典型的绝缘体。例如TiN具有金属的电导率(ρ为30×10-6Ω·㎝),BN则为绝缘体(ρ为1018Ω·㎝)。一切的硅化物都是电的良导体。
  (四)运用性质
  (1)耐火性:特种耐火材料的熔点几乎都在2000℃以上,最高的碳化铪(HfC)和碳化钽(TaC)为3887℃和3877℃。耐火度也很高,在氧化气氛中,氧化物的运用温度甚至靠近熔点。氮化物,硼化物,碳化物在中性或恢复性气氛中比氧化物有更高的运用温度,例如TaC在N2气氛中可运用到3000℃,BN在Ar气氛中可运用到2800℃。耐高温功用依次为:碳化物>硼化物>氮化物>氧化物。而它们的高温抗氧化性为:氧化物>硼化物>氮化物>碳化物。
  (2)抗热震性:在特种耐火材料中,因为氧化铍的热导率低,大多数硼化物的热导率也不高,熔融石英的线膨胀系数特别小,所以抗热震性很好。某些纤维制品及纤维增强复合制品有较高的气孔率及抗张强度,这些资料的抗热震性比较好。碳化硅,氮化硅,氮化硼,二硅化钼等也有较好的抗热震性。


  三、特种耐火材料的安排结构
  特种耐火材料是一种多晶体资料。绝大多数特种耐火材料的微观安排结构为晶相组成,而不含玻璃相,单个特种耐火混入微量杂质,在必定温度下构成共熔液相。晶粒与晶粒相遇的当地就构成晶粒的距离,简称晶界,关于由小晶粒组成的多晶体来说,晶界的体积几乎占到一半以上,对晶体的性质有明显的影响。当晶粒纤细时,资料具有较高的机械强度,而粗晶简略形成裂纹和缺点,使资料的机械强度下降。特种耐火材料的结构,亦含有必定量的气孔,对资料功用也有影响。所以一般要求特种耐火材料的安排结构均匀,玻璃相少,晶粒纤细而均匀为好。


  四、特种耐火材料的用处
  (1)特种耐火材料作为高温工程的结构资料和功用资料得到广泛的运用。
  (2)在冶金工业中,广泛用于耐高温、抗氧化、恢复或化学腐蚀的部件;熔炼稀有金属、贵金属、难熔金属、超纯金属、特别合金的坩埚、舟皿等容器;水平连铸分别环、熔融金属的过滤装置和运送管道等。
  (3)在航天和飞行技能中,用于火箭导弹的头部保护罩、燃烧室内衬、尾喷管衬套、喷气式飞机的涡轮叶片、排气管、机身、机翼的结构部件等。
  (4)在电子工业中,用做熔制高纯半导体资料和单晶资料的容器,半导体固体松散源;电子仪器设备中的各种耐高温绝缘散热部件;集成电路的基板,蒸发涂膜用的导电舟皿等。
  (5)高温工业中,用做特种电炉的高温发热元件、炉管、炉膛结构资料和保温隔热资料,各种测温热电偶的表里保护套管等。
  (6)在机械及国防工业中,用做磨料、磨具、切削刀具;装甲防护板等。
  (7)在化工和轻工部分,用做潜水泵和化工泵机械密封环;玻璃拉丝坩埚,流料槽及玻璃池窑砖等。
  (8)在医学及农业部分,用做人工关节、人工牙齿,并运用它的生物相容性等特别功用。


  五、特种耐火材料展望
  从资料的微观结构来看,将运用结构的不均匀性,如微裂纹,微缺点,晶界和界面性质,获得某种特别功用。透光性陶瓷与往后的光通讯打开有很大联络。陶瓷固体电解质(βAl2O3、ZrO2等)的运用将进一步扩展,从动力、环境、公害方面考虑,将很有出路。超硬资料,如人工金刚石和立方氮化硼将进入工业生产阶段。用特种耐火材料替代金属,如Si3N4和Al-Si-N-O替代金属制造轴承和涡轮叶片,会有很大打开。高效复合资料,很有出路,也会得到很大打开。


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