特种耐火材料

1、特种耐火材料特种耐火材料概概 述述Anhui University of Technology特种耐火材料特种耐火材料l定义定义 l 在传统陶瓷和普通耐火材料的基础上发展起来的在传统陶瓷和普通耐火材料的基础上发展起来的一组新型材料。有时也称高温陶瓷或高温材料。一组新型材料。有时也称高温陶瓷或高温材料。 l发展背景发展背景 l 钢铁工业、高温工业、电子技术的发展，传统陶钢铁工业、高温工业、电子技术的发展，传统陶瓷和普通耐火材料已不能胜任使用要求。瓷和普通耐火材料已不能胜任使用要求。 Anhui University of Technology特点特点（简单说：高温、高强）（简单说：高温、高强）

2、原料品位高、纯度高、熔点都在原料品位高、纯度高、熔点都在17281728以上；多采用微以上；多采用微米级细粉。米级细粉。 制造工艺进步（同上）。制造工艺进步（同上）。 高温甚至超高温烧成，气氛保护（氧化、还原、中性、高温甚至超高温烧成，气氛保护（氧化、还原、中性、惰性、真空等）。惰性、真空等）。 品种丰富（厚实、薄形、中空球状、高度分散的不定形、品种丰富（厚实、薄形、中空球状、高度分散的不定形、透明或半透明、柔软如丝的纤维、单晶、超硬等）透明或半透明、柔软如丝的纤维、单晶、超硬等） 性能更优性能更优冶金、国防、军工、科学研究、新兴技术、冶金、国防、军工、科学研究、新兴技术、轻工、化工、电力、电

3、子、医学、农业等。轻工、化工、电力、电子、医学、农业等。 美国科学家金格瑞：陶瓷工业一个重要的特点，在于它是美国科学家金格瑞：陶瓷工业一个重要的特点，在于它是许多其它工业部门能获得成功运转的基础。许多其它工业部门能获得成功运转的基础。 Anhui University of Technology陶瓷的新概念：陶瓷的新概念： 由无机非金属材料作为基本组分组成的具有独特性能的固体制品由无机非金属材料作为基本组分组成的具有独特性能的固体制品发展的促进原因：发展的促进原因：需要发展各种新金属、特殊合金和半导体材料以及冶金工业的现代化需要发展各种新金属、特殊合金和半导体材料以及冶金工业的现代化特种耐材的

4、范围：特种耐材的范围：高熔点氧化物；碳化物；氮化物；硼化物；硅化物；硫化物；金属陶瓷；陶瓷涂高熔点氧化物；碳化物；氮化物；硼化物；硅化物；硫化物；金属陶瓷；陶瓷涂层；陶瓷纤维等层；陶瓷纤维等复合材料发展的阶段：复合材料发展的阶段：金属陶瓷；陶瓷涂层；陶瓷纤维金属陶瓷；陶瓷涂层；陶瓷纤维Anhui University of Technology特点：特点：1.纯度高、熔点高纯度高、熔点高2.成型工艺多成型工艺多3.烧成温度高烧成温度高4.种类多种类多5.范围广范围广纯度纯度95以上、熔点以上、熔点1728以上以上等静压法、气相沉积、等离子喷涂等静压法、气相沉积、等离子喷涂16002000砖、棒

5、、管、片、坩锅、球形、纤维砖、棒、管、片、坩锅、球形、纤维冶金、国防、电力电子、军工冶金、国防、电力电子、军工Anhui University of Technology一、氧化物制品一、氧化物制品1. Alumina氧化铝氧化铝含含 23坩锅、高温结构件、刀具、磨料、高温绝缘部件、电路基板、其他坩锅、高温结构件、刀具、磨料、高温绝缘部件、电路基板、其他2. magnesium oxide氧化镁氧化镁坩锅、浇铸模子、热电偶保护管、高温炉炉衬坩锅、浇铸模子、热电偶保护管、高温炉炉衬3. Calcium oxide 氧化钙氧化钙用途：坩锅、特种炉子的内衬用途：坩锅、特种炉子的内衬4. Steady

6、 zirconia稳定性氧化锆稳定性氧化锆有同素异晶转变有同素异晶转变用途：用途：1）贵重金属的坩锅）贵重金属的坩锅 2）连铸中的铸口砖）连铸中的铸口砖 3）氧化性气氛下的发热元件）氧化性气氛下的发热元件 4）测氧探头）测氧探头 5）喷涂材料）喷涂材料一、高温陶瓷材料Anhui University of Technology5.berylia氧化铍氧化铍主要特性：主要特性：化学稳定性较好；抗还原能力较强，是盛装熔融金属和提炼稀有化学稳定性较好；抗还原能力较强，是盛装熔融金属和提炼稀有金属最好的耐火材料。金属最好的耐火材料。其具有异常的高导热率，热稳定性好。但导电率低，介点常数高其具有异常的高

7、导热率，热稳定性好。但导电率低，介点常数高介电损耗小，是很好的高频绝缘材料。介电损耗小，是很好的高频绝缘材料。纯氧化铍在纯氧化铍在2400时就能蒸发，有水蒸气时，在时就能蒸发，有水蒸气时，在1500就明显就明显蒸发。若再此温下加热坯体可失重蒸发。若再此温下加热坯体可失重50%以上。若在没有水蒸气的真以上。若在没有水蒸气的真空条件下，使用温度可达空条件下，使用温度可达2000。具有良好的核性能，对中子的减速能力强，对具有良好的核性能，对中子的减速能力强，对X射线有很高的穿射线有很高的穿透能力。可用做原子反应堆中减速剂和反射材料。透能力。可用做原子反应堆中减速剂和反射材料。氧化铍有剧毒，价格昂贵，

8、使用受到限制，要注意防护安全。氧化铍有剧毒，价格昂贵，使用受到限制，要注意防护安全。 Anhui University of Technology. Thorium Dioxide and Uranium oxide 氧化钍和氧化铀制品氧化钍和氧化铀制品氧化钍（氧化钍（ThO 2）熔点为熔点为3050，最高使用温度为，最高使用温度为2500 。在氧化气氛中非常稳定，但易被还原，故不可在还原气氛中使用。在氧化气氛中非常稳定，但易被还原，故不可在还原气氛中使用。一般不与金属作用，具有良好的抗渣性，可用做贵金属熔炼坩埚。一般不与金属作用，具有良好的抗渣性，可用做贵金属熔炼坩埚。它在高温下有导电性能，

9、可用做电阻发热体，在氧化气氛下工作可它在高温下有导电性能，可用做电阻发热体，在氧化气氛下工作可调至调至2000 。它具有放射性，使用时要注意按全防护。它具有放射性，使用时要注意按全防护。 (2)氧化铀氧化铀熔点熔点2878，最高使用温度为，最高使用温度为2500。抗氧化性能差，抗冲击能。抗氧化性能差，抗冲击能力弱。在还原气氛中较稳定。具有放射性，使用时要注意按全防护。力弱。在还原气氛中较稳定。具有放射性，使用时要注意按全防护。Anhui University of Technology1. Carbide碳化物碳化物 它是最能耐高温的材料。碳化铪（它是最能耐高温的材料。碳化铪（HfC），碳化钽

10、），碳化钽（TaC），熔点分别为），熔点分别为3887和和3877 。复杂的碳化物。复杂的碳化物4TaCZrC以及以及4TaCHfC熔点熔点 分别为分别为3932和和3942 。 碳化物都是人工合成的。它不仅耐火度高，而且耐热震碳化物都是人工合成的。它不仅耐火度高，而且耐热震性好。它还具有较高的导电性和导热性。缺点是抗氧化能力差，性好。它还具有较高的导电性和导热性。缺点是抗氧化能力差，但比碳和石墨好。用于高温筑炉材料和发热材料。但比碳和石墨好。用于高温筑炉材料和发热材料。 TiC制品须在还原气氛中或在保护气氛中使用，主要用于制制品须在还原气氛中或在保护气氛中使用，主要用于制造造TiC 基金属陶

11、瓷。基金属陶瓷。TiC坩埚用于熔炼和提纯坩埚用于熔炼和提纯Na、Bi、Sn等金等金属，碳化硅复合材料用于火箭发动机尾吹管和燃烧室材料。属，碳化硅复合材料用于火箭发动机尾吹管和燃烧室材料。难熔化合物难熔化合物Anhui University of Technology2. Silicide 硅化物制品硅化物制品其有良好的抗氧化性，熔点高。其有良好的抗氧化性，熔点高。MoSi2 是金属钼粉与硅粉直接合成的制品，它具有金属光泽，电阻低，是金属钼粉与硅粉直接合成的制品，它具有金属光泽，电阻低，抗热冲击性好，常温下硬而脆，在空气中或氧气中可使用到抗热冲击性好，常温下硬而脆，在空气中或氧气中可使用到170

12、0；它；它是良导体，可作为发热体：是良导体，可作为发热体：MoSi2 为电炉发热元件，高温热电偶，原子为电炉发热元件，高温热电偶，原子能反应堆的热交换材料，也可用做飞机，火箭的另部件。缺点，高温下能反应堆的热交换材料，也可用做飞机，火箭的另部件。缺点，高温下蠕动速度快。加入少量氧化硅可提高它的电阻系数，增强对空气氧化的蠕动速度快。加入少量氧化硅可提高它的电阻系数，增强对空气氧化的稳定性稳定性3.氮化物制品氮化物制品 其抗氧化性差，熔点高。除其抗氧化性差，熔点高。除Si3 N 4 外，其他氮化物在外，其他氮化物在600700即即可氧化，只能在空中或中性气氛中使用。可氧化，只能在空中或中性气氛中使

13、用。氮化硼：有六方氮化硼和立方氮化硼（可与石墨与金刚石类比）氮化硼：有六方氮化硼和立方氮化硼（可与石墨与金刚石类比）六方氮化硼六方氮化硼具有石墨结构，润滑性好，抗氧化性强具有石墨结构，润滑性好，抗氧化性强立方氮化硼用六方氮化硼，通过触媒剂的作用，在高温超高压下转变立方氮化硼用六方氮化硼，通过触媒剂的作用，在高温超高压下转变硬度硬度9.8，耐热性比金刚石（，耐热性比金刚石（800）高，有）高，有15001800Anhui University of Technology4. Boride 硼化物硼化物强度大，熔点高，在氧化气氛中只能使用到强度大，熔点高，在氧化气氛中只能使用到1400，中性或真空

14、或还原气，中性或真空或还原气氛中可达氛中可达2000，TiB 2、ZrB 2、CeB 2 在真空条件下可达在真空条件下可达2500，硼，硼化物是唯一在真空中条件下达化物是唯一在真空中条件下达2500以上的耐高温材料。以上的耐高温材料。导电性好，具有很高的导电性和热稳定性。能长期抵抗氟化物的作用。但导电性好，具有很高的导电性和热稳定性。能长期抵抗氟化物的作用。但抵抗熔融金属抵抗熔融金属Ni、Fe侵蚀能力较差。它可制成电器接触器及电极原料，火侵蚀能力较差。它可制成电器接触器及电极原料，火箭喷嘴，热电偶套管，磁流体发电的高温材料等。箭喷嘴，热电偶套管，磁流体发电的高温材料等。硼化锆是主要和常见的硼化

15、物。硼化锆是主要和常见的硼化物。其有三种组成：一硼化锆、二硼化锆、十二硼化锆其有三种组成：一硼化锆、二硼化锆、十二硼化锆5. Sulfide硫化物硫化物 熔点高，在空气中，水蒸气中会氧化，只能在干燥的惰性气体中或真熔点高，在空气中，水蒸气中会氧化，只能在干燥的惰性气体中或真空中使用，热膨胀系数很小，除铂族金属外，不与其它一切金属发生作用空中使用，热膨胀系数很小，除铂族金属外，不与其它一切金属发生作用，其坩埚提纯金属加热速度快，可防止污染。，其坩埚提纯金属加热速度快，可防止污染。 硫化铈：铈和硫直接合成，硫化氢气流中加热二氧化铈，等等硫化铈：铈和硫直接合成，硫化氢气流中加热二氧化铈，等等熔点高，

16、熔点高，2450，在水中稳定，易溶于冷酸，除铂，所有熔点低于，在水中稳定，易溶于冷酸，除铂，所有熔点低于1800的金属均可在硫化铈坩锅中熔炼。的金属均可在硫化铈坩锅中熔炼。Anhui University of TechnologyCoAlMoNiCrFe,Define(定义）：定义）：由陶瓷相和粘结金属相所组成的非均质的复合材料，两相不发生化由陶瓷相和粘结金属相所组成的非均质的复合材料，两相不发生化学反应或仅仅限于表面发生轻微的化学反应学反应或仅仅限于表面发生轻微的化学反应Why?为什么出现：为什么出现：Advantages and disadvantages 金属和陶瓷的优缺点金属和陶瓷的

17、优缺点ideal requirements 理想的要求：理想的要求：金属相形成一种连续的薄膜，将细分散且均匀分布的陶瓷颗粒包裹。金属相形成一种连续的薄膜，将细分散且均匀分布的陶瓷颗粒包裹。常用金属相和陶瓷相：常用金属相和陶瓷相：TiNWCTiCOCrOAl,3232二、金属陶瓷Anhui University of Technology为达到理想条件，希望匹配的金属相和陶瓷相需要满足的条件为达到理想条件，希望匹配的金属相和陶瓷相需要满足的条件1）金属相和陶瓷润湿性要好）金属相和陶瓷润湿性要好可以采取措施有：加入第二种多价金属，点阵类型要求与第一种金属可以采取措施有：加入第二种多价金属，点阵类型

18、要求与第一种金属相同；相同；加入少量其他氧化物，其熔点低于金属陶瓷的烧结温度，又能被氢还加入少量其他氧化物，其熔点低于金属陶瓷的烧结温度，又能被氢还原成高熔点金属；原成高熔点金属；2）金属相与陶瓷相无剧烈的化学反应）金属相与陶瓷相无剧烈的化学反应例：硼化铬与镍在高温下会反应生成化合物，硅化钼也很难加入金属例：硼化铬与镍在高温下会反应生成化合物，硅化钼也很难加入金属制成金属陶瓷改善脆性，是由于它会和金属反应生成复杂硅化物制成金属陶瓷改善脆性，是由于它会和金属反应生成复杂硅化物3）金属相与陶瓷相的膨胀系数相差不可过大）金属相与陶瓷相的膨胀系数相差不可过大例：例：TiC-Ni金属陶瓷，金属陶瓷，Ti

19、C线膨胀系数线膨胀系数7.6110-6/，而，而Ni的为的为17.7 10-6/，相差了一倍，相差了一倍4222NiBCrNiCrBAnhui University of TechnologyAnhui University of Technology一、高温熔烧涂层一、高温熔烧涂层 将细粉状的涂层原料与粘结剂和稀释剂一起混合磨成浆料，加涂将细粉状的涂层原料与粘结剂和稀释剂一起混合磨成浆料，加涂在工件表面上，干燥后在空气、真空或其他气氛下高温熔烧形成涂在工件表面上，干燥后在空气、真空或其他气氛下高温熔烧形成涂层。层。与搪瓷做法相似，有时也叫高温搪瓷涂层。与搪瓷做法相似，有时也叫高温搪瓷涂层。特

20、点：特点： 加热熔烧后涂料部分或全部变成液体状态并在底材表面流展而加热熔烧后涂料部分或全部变成液体状态并在底材表面流展而连结成一个连续体，在凝固后与底材牢固的粘结在一起形成致密的连结成一个连续体，在凝固后与底材牢固的粘结在一起形成致密的保护层。保护层。三、高温无机涂层Anhui University of Technology二、火焰喷涂涂层二、火焰喷涂涂层形成原因：形成原因：由于熔烧涂层的熔点一般都低，为使得涂层技能保护金属不受高温侵由于熔烧涂层的熔点一般都低，为使得涂层技能保护金属不受高温侵蚀，又能隔绝大量的热量，需要采用高熔点的纯氧化物做涂层材料。蚀，又能隔绝大量的热量，需要采用高熔点的纯氧化物做涂层材料。因此发展了氧乙炔火焰喷涂，其火焰最高温度可达因此发展了氧乙炔火焰喷涂，其火焰最高温度可达3000。装置：装置：火焰喷枪、燃气及压缩空气组成火焰喷枪、燃气及压缩空气组成方式：方式：粉末喷涂和棒状喷涂粉末喷涂和棒状喷涂Anhui University of Technology三、等离子体喷涂涂层三、等离子体喷涂涂层1、等离子概念、等离子概念高度离解的高热的电导的气体。高度离解的高热的电导的气体。2、原理、原理利用利用喷枪