有效提高耐火材料抗熱震性能的7種有效方法

抗熱震性是指耐火材料抵抗由快速溫度變化引起的損壞的能力。它被稱為熱沖擊穩定性，抗熱沖擊性，抗溫度突變性，以及快速的耐冷熱性。耐熱沖擊性應根據不同的要求和產品類型，根據相應的試驗方法確定。主要測試方法為：黑色冶金標準YB / T376。1-1995耐火材料耐熱沖擊試驗方法（水淬法），黑色冶金標準YB / T376。2-1995耐火材料耐熱沖擊試驗方法（空氣淬火法），黑色冶金標準YB / T 376.3-2004耐火材料耐熱沖擊試驗方法第3部分：水淬裂紋的測定方法，黑色冶金標準YB / T 2206.1-1998耐火澆注料耐熱沖擊試驗方法（壓縮空氣）流淬火法），黑色金屬標準YB / T2206，2-1998耐火澆注料耐熱沖擊試驗方法（水淬法）。

耐火材料的機械性能和熱性能，例如強度，斷裂能，彈性模量，線性膨脹系數，導熱系數等，是影響其耐熱沖擊性的主要因素。一般來說，線性膨脹系數越小，其抗熱震性越好。材料的導熱系數（或熱擴散系數）越高，其抗熱震性越好。另外，顆粒組成，密度，孔徑，孔分布和產品形狀均影響其耐熱沖擊性。材料中存在一定數量的微裂紋和孔，這有利于其抗熱震性。產品的大尺寸和復雜結構將導致嚴重的內部溫度不均勻和應力集中，并降低耐熱沖擊性。

研究表明，通過防止裂紋擴展，消耗裂紋擴展功率，增加材料的斷裂表面能，降低線性膨脹系數和增加可塑性，可以改善耐火材料的熱沖擊穩定性。具體技術措施有：

（1）適當的孔隙率

除了存在氣孔外，在耐火材料中的骨粒與粘結相之間還存在一定數量的裂紋。在耐火斷裂過程中，內部的孔隙和裂紋可以在一定程度上防止和抑制裂紋的擴展。例如，作為在高溫熱沖擊條件下使用的耐火材料，表面裂紋不會在使用過程中引起材料的災難性斷裂，并且損壞主要是由內部熱應力引起的結構剝離引起的。當材料內部的孔隙率大時，由熱應力引起的裂紋的長度將縮短，并且裂紋的數量將同時增加。短而多的裂紋相互交叉形成網狀結構，增加了材料斷裂時所需的斷裂能，可以有效提高材料的熱震穩定性。通常認為，當將耐火材料的孔隙率控制在13％-20％時，它具有更好的熱沖擊穩定性。

（2）控制原料的顆粒級配，顆粒臨界粒度和形狀

相關研究表明，由材料斷裂引起的表面能與系統中粒徑的平方成正比。因此，通過將大顆粒聚集體引入材料體系中，使裂紋圍繞大聚集體轉向，從而改善了晶間裂紋的性能，并達到改善熱沖擊穩定性的目的。一般而言，骨料的彈性模量明顯大于基體的彈性模量，彈性模量的這種差異使大顆粒聚集體能夠延遲材料中原始裂紋的傳播。彈性模量的差異越大，聚集體對裂紋擴展的抑制作用越明顯。同時，骨料的形狀也是影響耐火材料熱沖擊穩定性的重要因素。例如，向材料系統中添加適量的棒狀或片狀聚集體可以改善耐火制品的熱沖擊穩定性。

（3）合理的界面組合

由于骨料和基質的性質（例如密度，熱膨脹系數等）通常不同，因此兩者的粘結界面對熱沖擊裂紋的傳播和回旋具有顯著影響。通過選擇和預處理骨料以及其他技術措施，在骨料和基體之間形成合適的粘結界面，并形成諸如解聚，顆粒拉出和微裂紋之類的能量耗散機制，這可以抑制熱沖擊裂紋的擴展，從而達到提高耐火材料韌性的目的。

（4）引入或產生線性膨脹系數小的相

通過將適量的具有低熱膨脹的材料引入基體中，材料內的熱膨脹不匹配，并且在燒制耐火材料的過程中會產生微裂紋，這會阻礙熱沖擊裂紋的擴展。但是，上述微裂紋太多會引起微裂紋的聚合并降低樣品的機械性能。因此，須嚴格控制添加低熱膨脹材料的量，以獲得具有相對平衡的熱沖擊穩定性和機械性能的耐火材料。

（5）引入或產生一定的相（例如四方ZrO2）裂紋引起相變，從而形成能量吸收機制。

通過材料系統中各相的熱失配，在耐火材料內部會產生非災難性的損壞系統，并且會發生復雜的非線性斷裂行為，從而提高了耐火產品的熱沖擊穩定性。

（6）添加并均勻分散纖維或纖維狀物質

通過引入相等的晶須纖維，晶須或原位形成的晶須，并確保它們均勻地分散在產品中（例如將鋼纖維添加到澆注物中），耐火材料斷裂所需的能量將增加并顯示出顯著的非線性特性從而提高了材料的韌性。

（7）添加塑料或粘性成分

通過在耐火體系中添加塑料和粘性成分或在煅燒過程中使產品形成高粘度液相，它們的塑性變形可以吸收彈性應變能的釋放，從而提高耐火產品的韌性。例如，在鋯石-氧化鋯耐火材料的煅燒過程中，通過鋯石的分解形成ZrO2和高粘度液相SiO2，從而顯著提高了耐火材料的韌性。

上述分享的關于有效提高耐火材料抗熱震性能的7種有效方法的中可以看出，目前，耐火材料提高熱沖擊穩定性的主要技術途徑是通過添加SiC和ZrO2等，微裂紋和相變，為了提高材料的韌性，但這也會影響材料的機械強度。今天的分享就到這里了，下期再見！