耐火材料發(fā)展歷史：

　　8000年前出現(xiàn)了陶器；

　　2000年前有了瓷器；

　　1500年前有天然的原料開(kāi)始使用。

　　1637年，石墨粘土坩堝投入使用。

　　1951年，國(guó)內(nèi)耐火材料投入生產(chǎn)。

　　1966年，我國(guó)耐火材料總量達(dá)到年產(chǎn)50萬(wàn)噸。

　　1981年，我國(guó)耐火材料在政府的支持下開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)。

　　1997年，國(guó)內(nèi)耐火材料年產(chǎn)量總量達(dá)到650萬(wàn)噸。

　　2006年，我國(guó)耐火磚，澆注料等耐火產(chǎn)品出口到時(shí)間各地。

　　耐火材料的應(yīng)用領(lǐng)域：

　　1、鋼鐵冶金、有色冶金

　　2、建材，如水泥、玻璃、陶瓷

　　3、化工、電力

　　4、其它行業(yè)，如環(huán)保方面，比如垃圾等廢棄物處理。

　　耐火材料的性質(zhì)：

　　耐火材料的性質(zhì)主要包括熱學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、及高溫使用性質(zhì)等。

　　研究這些性質(zhì)的目的：

　　1、根據(jù)這些性質(zhì)可以預(yù)測(cè)耐火材料在高溫環(huán)境下的使用情況。

　　2、反過(guò)來(lái)可以選擇熱工設(shè)備所需要的耐火材料。

　　耐火材料的重要物理性質(zhì)：

　　氣孔和氣孔率，氣孔占耐火材料總體積的0-90% ，耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。耐火材料中的氣孔可分為三類：開(kāi)口氣孔（顯氣孔）、貫通氣孔、封閉氣孔。若把開(kāi)口氣孔與貫通氣孔合并為一類，則耐火材料的氣孔可分為開(kāi)口氣孔和封閉氣孔兩類。

　　氣孔的形成：

　　1、擠壓等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生

　　2、氣孔

　　3、裂縫

　　4、熱處理產(chǎn)生

　　5、收縮

　　6、干燥水蒸氣排出產(chǎn)生

　　7、氣孔合并

　　8、毛細(xì)孔

　　9、原料本身氣孔

　　氣孔的重要性：

　　氣孔是耐火材料不可分割的一部分，對(duì)耐火材料性能既有有利影響，也有不利影響。

　　1、氣孔率和氣孔尺寸大小及分布影響制品：

　　2、熱震穩(wěn)定性；

　　3、抗侵蝕性能；

　　4、透氣度；

　　5、強(qiáng)度等。

　　體積密度

　　耐火制品單位表觀體積的質(zhì)量，通常用g/cm 3 表示。

　?。?）真密度與真比重

　　耐火材料的質(zhì)量與其真體積（即不包括氣孔體積）之比，稱為真密度，通常也用g/cm 3 來(lái)表示。

　　真比重的概念： 單位體積耐火材料的重量與4 ℃單位體積水的重量之比值。

　　從數(shù)值上來(lái)說(shuō)，真密度和真比重是相等的。

　　真氣孔率＝顯氣孔率＋閉口氣孔率

　　透氣度：

　　其物理意義是在一定時(shí)間內(nèi)和一定壓差下氣體透過(guò)一定斷面和厚度的試樣的量。

　　氣孔率和體積密度等技術(shù)指標(biāo)只是表征耐火制品中氣孔體積的多少和制品的致密程度，并不能夠反映氣孔的大小、分布和形狀。耐火制品在使用過(guò)程中， 侵蝕介質(zhì)浸入、滲透的程度與耐火制品氣孔的大小、形狀等密切相關(guān)，一般而言，耐火制品的透氣度越高，其抵抗熔渣滲透、侵蝕的能力越差。

　　耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性質(zhì)：

　　1、熱膨脹

　　定義：耐火材料的體積或長(zhǎng)度隨著溫度的升高而增大的物理性質(zhì)。耐火材料的熱膨脹可以用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)表示，也可以用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。

　　膨脹系數(shù)：耐火材料由室溫加熱至試驗(yàn)溫度的區(qū)間內(nèi)，溫度每升高1 ℃ ，試樣體積或長(zhǎng)度的相對(duì)變化率。

　　意義：窯爐設(shè)計(jì)的重要參數(shù)、預(yù)留膨脹縫的依據(jù)，可間接判斷耐材熱震穩(wěn)定性能。

　　影響因素： 取決于它的化學(xué)礦物組成，且與耐火材料中結(jié)晶相的晶體結(jié)構(gòu)及鍵強(qiáng)密切相關(guān)。

　　2、熱導(dǎo)率

　　定義：?jiǎn)挝粶囟忍荻认?，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位垂直面積的熱量。

　　影響因素：

　?。?）氣孔率：

　　耐火材料中所含的氣孔對(duì)其熱導(dǎo)率的影響最大。一般說(shuō)來(lái)，在一定的溫度范圍內(nèi)，氣孔率越大，熱導(dǎo)率越低。耐火材料的化學(xué)礦物組成也對(duì)材料的導(dǎo)熱率有明顯影響。

　?。?）其它：

　　晶體中的各種缺陷、雜質(zhì)以及晶粒界面都會(huì)引起格波的散射，也等效于聲子平均自由程的減小，從而降低熱導(dǎo)率。

　?。? ）熱容

　　在常壓下加熱1kg 物質(zhì)升高1 ℃ 所需要的熱量（以KJ計(jì)） 。

　　熱容是耐火材料的另一重要的熱學(xué)性質(zhì)，它是表征材料受熱后溫度升高情況的參數(shù)。任何物質(zhì)受熱后溫度都要升高，但不同的物質(zhì)溫度升高1 ℃ 所需要的熱量不同 。

　?。? ）導(dǎo)電性

　　耐火材料通常在室溫下是電的不良導(dǎo)體，隨溫度升高，電阻減小，導(dǎo)電性增強(qiáng)。若將材料加熱至熔融狀態(tài)，則會(huì)呈現(xiàn)較強(qiáng)的導(dǎo)電能力。某些耐火材料具有導(dǎo)電性，如含碳耐火制品具有導(dǎo)電性，而二氧化鋯制品在高溫下也具有較好的導(dǎo)電性，可以作為高溫下的發(fā)熱體。

　　耐火材料的力學(xué)性質(zhì)：

　　指制品在不同條件下的強(qiáng)度等物理指標(biāo)。

　　表征耐火材料抵抗不同溫度下外力造成的形變和應(yīng)力而不破壞的能力 。

　　包括耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、耐磨性、彈性模量及高溫蠕變等。

　　1、耐壓強(qiáng)度

　　包括常溫耐壓強(qiáng)度和高溫耐壓強(qiáng)度，分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位面積上所能承受的最大壓力。

　　常溫耐壓強(qiáng)度指標(biāo)通常可以反映生產(chǎn)中工藝制度的變動(dòng)。高耐壓強(qiáng)度表明制品的成型坯料加工質(zhì)量、成型坯體結(jié)構(gòu)的均一性及磚體燒結(jié)情況良好。因此，常溫耐壓強(qiáng)度也是檢驗(yàn)現(xiàn)行工藝狀況和制品均一性的可靠指標(biāo)。

　　高溫耐壓強(qiáng)度則反映了耐火材料在高溫下結(jié)合狀態(tài)的變化。特別是加入一定數(shù)量結(jié)合劑的耐火可塑料和澆注料，由于溫度升高，結(jié)合狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，高溫耐壓強(qiáng)度的測(cè)定更為有用。

　　2、抗折強(qiáng)度

　　包括常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度 ，分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位截面積上所能承受的極限彎曲應(yīng)力。它表征的是材料在常溫或高溫條件下抵抗彎矩的能力，采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量。

　　強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的關(guān)系

　　1. 常溫下小顆粒及小氣孔制品強(qiáng)度大于大顆粒制品的強(qiáng)度。

　　2. 但高溫下強(qiáng)度下降也明顯。

　　3. 封閉氣孔對(duì)材料強(qiáng)度影響較小。

　　4. 氣孔分布的均勻性也和強(qiáng)度有關(guān)系。

　　5. 制品中相的分布也和強(qiáng)度有很大的關(guān)系。

　　6. 如果材料氣孔尺寸小于顆粒的粒度，則材料的破壞并不是從氣孔處開(kāi)始。

　　7. 最佳的顆粒組成并不一定能夠達(dá)到最低氣孔率。

　　3、高溫蠕變性能

　　定義： 在 某一恒定的溫度以及固定載荷下，材料的形變與時(shí)間的關(guān)系 。根據(jù)施加荷重形式的不同可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變等。由于高溫壓縮與高溫抗折蠕變較易測(cè)定，故應(yīng)用較多。 我國(guó)通常采用壓縮蠕變 。

　　高溫壓縮蠕變的表示方法一般以某一恒定溫度（ ℃ ）和荷重（MPa ）條件下，制品的變形量（% ）與時(shí)間（h ）的關(guān)系曲線即蠕變曲線來(lái)表示，也可用某一時(shí)段內(nèi)（如25-50 小時(shí)）制品的變形量（% ）來(lái)表示。

　　4、彈性模量

　　材料在其彈性范圍內(nèi)，在荷載 （應(yīng)力）的作用下，產(chǎn)生變形 （應(yīng)變），當(dāng)荷載去除后，材料仍恢復(fù)原來(lái)的形狀和尺寸，此時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變的比值稱為彈性模量，也稱楊氏模量。它表示材料抵抗變形的能力。

　　耐火材料的高溫使用性質(zhì)

　　耐火制品在各種不同的窯爐中使用時(shí)，長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)下，耐火材料耐高溫的性質(zhì)能否滿足各類窯爐工作條件的要求，是材料選用的主要依據(jù)，因此耐火制品的高溫性質(zhì)也是最重要的基本性質(zhì)。

　　（1 ）耐火度

　　定義： 耐火材料在無(wú)荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)。

　　與有固定熔點(diǎn)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，耐火材料一般是由多種礦物組成的多相固體混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。其熔融是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，當(dāng)對(duì)其加熱升溫至某一溫度時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)液相（即固定的開(kāi)始熔融溫度），繼續(xù)加熱溫度仍然繼續(xù)升高、液相量也隨之增多，直至升至某一溫度全部變?yōu)橐合啵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，液相與固相同時(shí)存在。

　?。?）耐火度是一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，將被測(cè)制品按一定方法制成截頭三角錐。試錐以一定升溫速度加熱，達(dá)到某一溫度開(kāi)始出現(xiàn)液相，溫度繼續(xù)升高液相量逐漸增加, 粘度減小，試錐在重力作用下逐漸軟化彎倒, 當(dāng)其彎倒至頂點(diǎn)與底接觸的溫度，即為試樣的耐火度。

　　耐火度與熔點(diǎn)的區(qū)別：

　　1 、熔點(diǎn)指純物質(zhì)的結(jié)晶相與液湘處于平衡時(shí)的溫度；2 、熔點(diǎn)是一個(gè)物理常數(shù)；

　　3 、耐火材料為多相混合體，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，是一個(gè)工藝指標(biāo)。

　　耐火材料達(dá)到耐火度時(shí)實(shí)際上已不具有機(jī)械強(qiáng)度了，因此耐火度的高與低與材料的允許使用溫度并不等同，也就是說(shuō)耐火度不是材料的 使用溫度上限 ，只有綜合考慮材料的其它性能和使用條件，才能作為合理選用耐火材料的參考依據(jù)。

　　以鎂磚為例，其耐火度高達(dá)2000 ℃ 以上，但允許使用溫度大大低于耐火度。

　　耐火度的意義：

　　評(píng)價(jià)原料純度和難熔程度。

　　影響因素

　?。? ）耐火制品的化學(xué)礦物組成及其分布狀態(tài)是影響其耐火度的主要因素。雜質(zhì)成分特別是具有強(qiáng)熔劑作用的雜質(zhì)，將嚴(yán)重降低制品的耐火度。

　?。? ）測(cè)定條件

　　粉末的粒度、測(cè)溫錐的安裝、升溫的速率及爐內(nèi)的氣氛。

　?。?）荷重軟化溫度

　　定義： 又 稱為高溫荷重變形溫度，表示材料在溫度與荷重雙重作用下抵抗變形的能力。即通常所說(shuō)的 荷重軟化點(diǎn)。

　　意義： 高溫荷重軟化溫度在一定程度上能表明耐火制品在與其使用情況相近的條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形情況，因而是耐火制品的重要性能指標(biāo)。

　　影響因素： 制品的化學(xué)- 礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、液相的性質(zhì)、結(jié)晶相與液相的比例及相互作用等。

　　測(cè)定方法：

　　一般在0.2MPa 的固定載荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測(cè)定試樣壓縮0.6% 、4% 、40%  時(shí)的溫度。 試樣壓縮0.6% 時(shí)的變形溫度即為試樣的荷重軟化開(kāi)始溫度。

　　試樣壓縮4 ％（2mm ）－變形溫度；

　　試樣壓縮40 ％（20mm）－潰裂點(diǎn)。

　　影響荷軟的因素：

　　化學(xué)礦物組成；

　　1生產(chǎn)工藝；2體積密度大，3荷軟溫度較高。

　　4測(cè)定條件；5升溫速率快，6荷軟溫度較高。

　　測(cè)定荷軟的意義：

　　1、可以作為 材料最高的使用溫度 。

　　2、因此耐火度只是材料使用的 理想上限溫度。

　　（4）高溫體積穩(wěn)定性

　　定義： 表示耐火材料在高溫下長(zhǎng)期使用時(shí)，其外形及體積保持穩(wěn)定而不發(fā)生變化的性能 。

　　意義： 評(píng)價(jià)耐火材料質(zhì)量的一項(xiàng)重要物理指標(biāo)。

　　A ： 燒成制品在高溫煅燒過(guò)程中，由于各種原因制品在燒成結(jié)束時(shí)，物理化學(xué)反應(yīng)往往未達(dá)到平衡狀態(tài)；B ：存在欠燒現(xiàn)象，物理化學(xué)反應(yīng)不充分。因此制品在使用過(guò)程中受到高溫長(zhǎng)期作用時(shí)，一些物理化學(xué)變化會(huì)繼續(xù)進(jìn)行并伴隨有不可逆的體積變化。

　　C ：燒結(jié)時(shí)伴隨一些物理化學(xué)過(guò)程，產(chǎn)生體積變化。

　　這些 不可逆的體積變化稱為殘余膨脹或殘余收縮，也稱重?zé)蛎浕蚴湛s。

　　不大的收縮不會(huì)引起特殊的復(fù)雜性，不大的膨脹甚至是有益的?？梢允勾u體密實(shí)。

　　重?zé)w積變化 的大小表征了耐火制品的高溫體積穩(wěn)定性，對(duì)高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工況的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

　　測(cè)定意義： 衡量材料燒結(jié)性能的好壞。

　?。?）熱震穩(wěn)定性

　　定義： 耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性能，又稱為抗熱沖擊性能。

　　高溫窯爐等熱工設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，其運(yùn)行溫度常常發(fā)生變化甚至劇烈的波動(dòng)。這種溫度的急劇變化常常會(huì)導(dǎo)致耐火材料產(chǎn)生裂紋、剝落、崩裂等結(jié)構(gòu)性的破壞，而影響熱工設(shè)備操作的穩(wěn)定性、安全性和生產(chǎn)的連續(xù)性。

　　1、熱震主要和應(yīng)力有關(guān)。

　　2、熱應(yīng)力有兩種類型：

　?。? ）溫度引起的應(yīng)力；

　?。? ）化學(xué)應(yīng)力，是因非均質(zhì)現(xiàn)象、線性熱膨脹、化學(xué)反應(yīng)、多晶轉(zhuǎn)化等導(dǎo)致的，一般在恒溫時(shí)發(fā)生。

　　對(duì)第一種熱應(yīng)力研究較為充分。

　　產(chǎn)生熱應(yīng)力的因素

　　材料的熱膨脹系數(shù)、材料的導(dǎo)熱系數(shù)、緩沖熱應(yīng)力的因素（彈性模量的大小）。

　　耐火材料的熱震穩(wěn)定性，影響因素與其熱膨脹率（ ?。?dǎo)熱率（大）以及彈性模量（?。┟芮邢嚓P(guān)，也與制品的宏觀、微觀組織結(jié)構(gòu)，外形結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)。耐火制品在溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹或收縮，受到約束時(shí)，材料內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力超過(guò)制品的強(qiáng)度時(shí)，制品將會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂、崩落或斷裂。

　　另一個(gè)方面，不同礦相之間熱膨脹性的差異，也會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。

　　主要影響因素：

　　彈性模量、熱膨脹系數(shù)、溫度差。

　　當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)也就是材料的強(qiáng)度不足以抵抗熱應(yīng)力時(shí)，制品就會(huì)產(chǎn)生破壞。

　　基本規(guī)律：

　　導(dǎo)熱率高的制品，材料中溫度分布易于均勻，其表層與內(nèi)部的溫度差（溫度梯度）就小，產(chǎn)生的熱應(yīng)力相對(duì)較小；反之，導(dǎo)熱率低的材料，其中的溫度分布難以均勻，材料中的溫度梯度大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也大。因此導(dǎo)熱率高的材料，其熱震穩(wěn)定性也相對(duì)較高 。

　　此外，耐火制品的宏、微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)制品的熱震穩(wěn)定性也有一定影響。當(dāng)耐火制品內(nèi)部存在某些細(xì)微缺陷，如微氣孔、微裂紋等，有利于延緩或終止裂紋的擴(kuò)展。采取一定的工藝措施使制品內(nèi)部產(chǎn)生 微裂紋而達(dá)到阻止裂紋擴(kuò)展的目的，是目前普遍采用的提高制品熱震穩(wěn)定性有效措施之一。耐火制品外形結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)的不合理，會(huì)導(dǎo)致制品局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞?？篃嵴鹦阅懿皇俏锢硇阅?。 因?yàn)樗粌H取決于耐火材料的性能，還和材料形狀、尺寸和導(dǎo)熱系數(shù)等因素有關(guān)。

　　熱震破壞的方式有多種形式：

　?。? ）一次性破壞，災(zāi)難性破壞（ 比如在致密高強(qiáng)制品中一個(gè)或多個(gè)穿晶式裂紋 ）（2 ）階段性破壞（ 比如在微觀裂紋及氣孔大量集中的試樣中形成許多穿晶式裂紋 ）（3 ）漸進(jìn)式破壞，比如原始?xì)饪茁实偷脑嚇印?/p>

　?。?）含碳耐火材料的抗氧化性

　　含碳耐火材料在氧化性氣氛中，其中的碳素材料會(huì)同空氣中的氧氣發(fā)生發(fā)應(yīng)。

　　方法1 ：失重法。

　　固定溫度下，連續(xù)不斷向爐內(nèi)通空氣，同時(shí)不斷記錄重量變化，直至重量不再變化。得到重量- 時(shí)間曲線。

　　方法2 ：測(cè)量脫碳層厚度（或面積）

　　試樣：50±2mm 的立方體或直徑與高為50 ±2mm 的圓柱體；溫度：1400 ℃ ，保溫3 小時(shí)，固定流量向爐內(nèi)通空氣；評(píng)價(jià)：切開(kāi)試樣，測(cè)量脫碳層厚度。