氧化鋯制品

特種耐火材料的特點及分類

特種耐火材料是一組熔點在1800℃以上的高純氧化物、非氧化物和炭素等單一材料或各種復合材料為原料的，其采用傳統生產工藝或特殊生產工藝生產的、制品具有特殊性能和特種用途的新型耐火材料，又稱為特種耐火材料。

 

特種耐火材料的概念是在傳統陶瓷、精密陶瓷和普通耐火材料以及功能性耐火材料的基礎上發展起來的。特種耐火材料包括的內容非常廣泛，主要有高熔點氧化物、高熔點非氧化物及由此衍生的復合化合物、金屬陶瓷、高溫涂層、高溫纖維及其增強材料。其中高熔點非氧化物通常稱難熔化合物，它又包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。

 

在使用條件要求愈來愈苛刻和特殊的宇航、核能、冶金、電子、化工、建材、交通等行業，普通耐火材料已滿足不了新的要求，只有具有耐高溫、抗腐蝕、高溫化學和熱穩定性好的特種耐火材料才能承擔這樣的重任和滿足使用條件的要求。

 

特種耐火材料成本較高，但具有很多優異性能，是很多工業部門不可缺少、不能替代的產品。特別是在很多新技術、新領域中，在很多關鍵的部位替代其他產品，可以大幅度地提高使用壽命，明顯地增加了經濟效益。

 

特種耐火材料的分類方法很多，有的以生產工藝分類，有的以產品應用分類，但比較主要的分類方法還是以原料和制品性狀不同來分類，大致可以分成五方面：

(1)高熔點氧化物材料及其復合材料;

(2)難熔化合物材料(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等)及其復合材料;

(3)高熔點氧化物與難熔金屬的復合材料(金屬陶瓷)

(4)高溫不定形材料及無機物涂層;

(5)高溫纖維及其增強材料。

 

特種耐火材料的物理性能、

各種氧化物和非氧化物材料的熔點。

在元素中，以碳元素的熔點高，約為3650℃，依次為鎢(W)3415℃，錸(Re)3180℃，鉭(Ta)2980℃，鋨(Os)

2727℃，鉬(Mo)2620℃，鉿(Hf)2207℃，鈮(Nh)2468℃，釷

(Th)1845℃，鈦(Ti)1672℃，鋯(Zr)1855℃，其他大多數元素的熔點都在1800℃以下。這些金屬元素都無法在氧化氣氛下使用。

在化合物中，熔點高的是碳化物，

依次是氮化物和氧化物。在氧化物中，熔點低的是酸性氧化物，如二氧化硅(Si02:),二氧化鈦(TiO2)。其次是中性氧化物，如三氧化二鋁

(Al2O3),三氧化二锫(Cr2O3)，熔點高的是堿性氧化物，如氧化鈹(BeO)、氣化鎂(MgO)、

氧化鈣(CaO),氧化鍶(SiO)。在元素周期表中第5、6、7周期某些元素的氣化物、碳化物、氮化物和硼化物，如氧化物：二氧化鋯(ZK):)

7000X，二氧化釷(ThO2)3050t，二氧化鉿(HfO1)2812℃，氧化鎂(MgO)2800℃;碳化物：碳化鉿(HfC)

4160℃，碳化鋯(ZrC)3500℃，碳化釩(VC)2810℃.碳化鎢(W2C)2857℃，碳化欽(TiC)3150℃;氮化物：氮化鉿(Hm)

3310℃,氮化鋯(ZrN)3000℃，二氮化二鈦(TiM)2930℃;硼化物：二硼化鉿(HfB2)3250℃，二硼化鋯(ZrB2)

3190℃，六硼化鎢(WB6)2920℃，這些化合物也都是高熔點化合物。

很多元素及化合物，雖然熔點很高，但要作為特種耐火材料的原料使用，還受到一定的限制，如有的原料在加熱時產生分解，有的原料有很大的危害性或放射性，有的原枓的價格十分昂貴，所以在應用時應給予充分考慮。

 

金屬氮化物的合成方法有：

(1)用氮氣或氨直接與金屬或金屬氧化物作用，反應溫度在I200℃左右，如果用氧化物代替金屬，反應溫度就需要高于2000℃。其反應式為：

Me+N2→MeN

(2)用氮氣或氨與加有碳的金屬氧化物反應。在氮氣中形成氮。

 

特種耐火材料的組織結構和用途

1、特種耐火材料的組織結構　　

特種耐火材料是一種多晶體材料。絕大多數特種耐火材料的微觀組織結構為晶相組成，而不含玻璃相，個別特種耐火混入微量雜質，在一定溫度下形成共熔液相。晶粒與晶粒相遇的地方就形成晶粒的邊界，簡稱晶界，對于由小晶粒組成的多晶體來說，晶界的體積幾乎占到一半以上，對晶體的性質有顯著的影響。當晶粒細小時，材料具有較高的機械強度，而粗晶容易造成裂紋和缺陷，使材料的機械強度下降。特種耐火材料的結構，亦含有一定量的氣孔，對材料性能也有影響。所以一般要求特種耐火材料的組織結構均勻，玻璃相少，晶粒細小而均勻為好。　

2、特種耐火材料的用途　　（1）特種耐火材料作為高溫工程的結構材料和功能材料得到廣泛的應用。　　（2）在冶金工業中，廣泛用于耐高溫、抗氧化、還原或化學腐蝕的部件；熔煉稀有金屬、貴金屬、難熔金屬、超純金屬、特殊合金的坩堝、舟皿等容器；水平連鑄分離環、熔融金屬的過濾裝置和輸送管道等。　　（3）在航天和飛行技術中，用于火箭導彈的頭部保護罩、燃燒室內襯、尾噴管襯套、噴氣式飛機的渦輪葉片、排氣管、機身、機翼的結構部件等。　　（4）在電子工業中，用做熔制高純半導體材料和單晶材料的容器，半導體固體擴散源；電子儀器設備中的各種耐高溫絕緣散熱部件；集成電路的基板，蒸發涂膜用的導電舟皿等。　　（5）高溫工業中，用做特種電爐的高溫發熱元件、爐管、爐膛結構材料和保溫隔熱材料，各種測溫熱電偶的內外保護套管等。　　（6）在機械及國防工業中，用做磨料、磨具、切削刀具；裝甲防護板等。　　（7）在化工和輕工部門，用做潛水泵和化工泵機械密封環；玻璃拉絲坩堝，流料槽及玻璃池窯磚等。　　（8）在醫學及農業部門，用做人造關節、人造牙齒，并利用它的生物相容性等特殊性能。

3、特種耐火材料展望　

從材料的微觀結構來看，將利用結構的不均勻性，如微裂紋，微缺陷，晶界和界面性質，獲得某種特殊性能。透光性陶瓷與今后的光通訊發展有很大關系。陶瓷固體電解質（βAl2O3、ZrO2等）的利用將進一步擴大，從能源、環境、公害方面考慮，將很有前途。超硬材料，如人造金剛石和立方氮化硼將進入工業生產階段。用特種耐火材料取代金屬，如Si3N4和Al-Si-N-O取代金屬制造軸承和渦輪葉片，會有很大發展。高效復合材料，很有前途，也會得到很大發展。

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