有效提高耐火材料抗热震性能的7种有效方法

抗热震性是指耐火材料抵抗由快速温度变化引起的损坏的能力。它被称为热冲击稳定性，抗热冲击性，抗温度突变性，以及快速的耐冷热性。耐热冲击性应根据不同的要求和产品类型，根据相应的试验方法确定。主要测试方法为：黑色冶金标准YB / T376。1-1995耐火材料耐热冲击试验方法（水淬法），黑色冶金标准YB / T376。2-1995耐火材料耐热冲击试验方法（空气淬火法），黑色冶金标准YB / T 376.3-2004耐火材料耐热冲击试验方法第3部分：水淬裂纹的测定方法，黑色冶金标准YB / T 2206.1-1998耐火浇注料耐热冲击试验方法（压缩空气）流淬火法），黑色金属标准YB / T2206，2-1998耐火浇注料耐热冲击试验方法（水淬法）。

耐火材料的机械性能和热性能，例如强度，断裂能，弹性模量，线性膨胀系数，导热系数等，是影响其耐热冲击性的主要因素。一般来说，线性膨胀系数越小，其抗热震性越好。材料的导热系数（或热扩散系数）越高，其抗热震性越好。另外，颗粒组成，密度，孔径，孔分布和产品形状均影响其耐热冲击性。材料中存在一定数量的微裂纹和孔，这有利于其抗热震性。产品的大尺寸和复杂结构将导致严重的内部温度不均匀和应力集中，并降低耐热冲击性。

研究表明，通过防止裂纹扩展，消耗裂纹扩展功率，增加材料的断裂表面能，降低线性膨胀系数和增加可塑性，可以改善耐火材料的热冲击稳定性。具体技术措施有：

（1）适当的孔隙率

除了存在气孔外，在耐火材料中的骨粒与粘结相之间还存在一定数量的裂纹。在耐火断裂过程中，内部的孔隙和裂纹可以在一定程度上防止和抑制裂纹的扩展。例如，作为在高温热冲击条件下使用的耐火材料，表面裂纹不会在使用过程中引起材料的灾难性断裂，并且损坏主要是由内部热应力引起的结构剥离引起的。当材料内部的孔隙率大时，由热应力引起的裂纹的长度将缩短，并且裂纹的数量将同时增加。短而多的裂纹相互交叉形成网状结构，增加了材料断裂时所需的断裂能，可以有效提高材料的热震稳定性。通常认为，当将耐火材料的孔隙率控制在13％-20％时，它具有更好的热冲击稳定性。

（2）控制原料的颗粒级配，颗粒临界粒度和形状

相关研究表明，由材料断裂引起的表面能与系统中粒径的平方成正比。因此，通过将大颗粒聚集体引入材料体系中，使裂纹围绕大聚集体转向，从而改善了晶间裂纹的性能，并达到改善热冲击稳定性的目的。一般而言，骨料的弹性模量明显大于基体的弹性模量，弹性模量的这种差异使大颗粒聚集体能够延迟材料中原始裂纹的传播。弹性模量的差异越大，聚集体对裂纹扩展的抑制作用越明显。同时，骨料的形状也是影响耐火材料热冲击稳定性的重要因素。例如，向材料系统中添加适量的棒状或片状聚集体可以改善耐火制品的热冲击稳定性。

（3）合理的界面组合

由于骨料和基质的性质（例如密度，热膨胀系数等）通常不同，因此两者的粘结界面对热冲击裂纹的传播和回旋具有显着影响。通过选择和预处理骨料以及其他技术措施，在骨料和基体之间形成合适的粘结界面，并形成诸如解聚，颗粒拉出和微裂纹之类的能量耗散机制，这可以抑制热冲击裂纹的扩展，从而达到提高耐火材料韧性的目的。

（4）引入或产生线性膨胀系数小的相

通过将适量的具有低热膨胀的材料引入基体中，材料内的热膨胀不匹配，并且在烧制耐火材料的过程中会产生微裂纹，这会阻碍热冲击裂纹的扩展。但是，上述微裂纹太多会引起微裂纹的聚合并降低样品的机械性能。因此，须严格控制添加低热膨胀材料的量，以获得具有相对平衡的热冲击稳定性和机械性能的耐火材料。

（5）引入或产生一定的相（例如四方ZrO2）裂纹引起相变，从而形成能量吸收机制。

通过材料系统中各相的热失配，在耐火材料内部会产生非灾难性的损坏系统，并且会发生复杂的非线性断裂行为，从而提高了耐火产品的热冲击稳定性。

（6）添加并均匀分散纤维或纤维状物质

通过引入相等的晶须纤维，晶须或原位形成的晶须，并确保它们均匀地分散在产品中（例如将钢纤维添加到浇注物中），耐火材料断裂所需的能量将增加并显示出显着的非线性特性从而提高了材料的韧性。

（7）添加塑料或粘性成分

通过在耐火体系中添加塑料和粘性成分或在煅烧过程中使产品形成高粘度液相，它们的塑性变形可以吸收弹性应变能的释放，从而提高耐火产品的韧性。例如，在锆石-氧化锆耐火材料的煅烧过程中，通过锆石的分解形成ZrO2和高粘度液相SiO2，从而显着提高了耐火材料的韧性。

上述分享的关于有效提高耐火材料抗热震性能的7种有效方法的中可以看出，目前，耐火材料提高热冲击稳定性的主要技术途径是通过添加SiC和ZrO2等，微裂纹和相变，为了提高材料的韧性，但这也会影响材料的机械强度。今天的分享就到这里了，下期再见！