根據(jù)耐火材料中各種化學成分的含量和其作用,通常將其分為主成分、雜質(zhì)和外加成分三類。
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耐火材料中的主成分是指占絕大多數(shù)的,對材料高溫性質(zhì)起決定性作用的化學成分。耐火材料之所以具有優(yōu)良的抵抗高溫作用的性能,以及許多耐火材料又各具特性,完全或基本上取決于主成分。所以,對耐火材料的主成分,必須予以充分重視。通常,對耐火材料依化學組成分類,以及對許多同材質(zhì)的耐火材料劃分為若干等級,都是或多半是根據(jù)其主成分的種類以及其含量多寡而定的?勺鳛槟突鸩牧现鞒煞值亩际蔷哂泻芨呔Ц衲艿母呷埸c或分解溫度很高的單質(zhì)或化合物。要求它在耐火材料生產(chǎn)或服役過程中能形成穩(wěn)定的具有優(yōu)良性能的礦物,在自然界儲量較高而且較易提取與利用。在地殼中分布較多,可作為耐火材料主成分的主要是氧化物。另外,有一些碳化物、氮化物、硅化物和硼化物,也可作為耐火材料的主成分。
現(xiàn)在,生產(chǎn)與使用較廣泛的耐火材料中的主成分主要是Al2O3、BeO、Cr203、MgO、CaO、SiO2、ThO2、TiO2、UO2、ZrO2等氧化物和SiC、WC、B4C等碳化物以及AIN、Si3N4等氮化物。
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雜質(zhì)是指在耐火材料中不同于主成分的,含量微少而對耐火材料的抵抗高溫性質(zhì)往往帶來危害的化學成分。這種化學成分多是由含主成分的原料中夾帶而來的。
耐火材料的雜質(zhì)中有的是易熔物,有的本身具有很高熔點,但同主成分共存時,卻可產(chǎn)生易熔物。故雜質(zhì)的存在往往對主成分起強的助熔作用。助熔作用雖有時有助于材料的液相燒結,但對材料抵抗高溫作用卻有嚴重危害。助熔作用愈強,即由于雜質(zhì)的存在,系統(tǒng)中開始形成液相的溫度愈低,或形成液相量愈多,或隨著溫度升高液相量增長速度愈快,以及所形成的液相粘度愈低和潤濕性愈好,危害愈嚴重?梢,若Na2O 與SiO2共存,由于開始形成液相的溫度很低,故以SiO2為主成分的耐火材料中,若含有少量Na2O,即可對其高溫性質(zhì)帶來嚴重危害。若以SiO2,為主成分的耐火材料中分別含有Al2O3和TiO2,雖然SiO2—Al2O3與SiO2—TiO2兩系統(tǒng)的共熔溫度相近,分別為1595℃和1550℃,但在共熔溫度下系統(tǒng)內(nèi)每1%雜質(zhì)氧化物生成的液相量卻差別較大,前者約為后者1.9倍。而且,隨溫度的升高,此差別更大,如在1600℃下,約為2.3 倍。因此,雜質(zhì)Al2O3較TiO2對SiO2的熔劑作用強。氧化鋁對硅質(zhì)耐火材料的高溫性能危害極大。另外,當雜質(zhì)與主成分共存時,若生成的液相粘度較低,且隨溫度升高粘度降低愈快以及潤濕性愈好,則對耐火材料的危害愈嚴重。
因此,欲提高耐火材料抵抗高溫的性能,必須嚴格控制雜質(zhì)的含量。
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常稱外加劑,是在耐火制品生產(chǎn)中為特定目的另外加入的少量成分。如為促進材料中某些物相的形成和轉化,而加入的礦化劑;為抑制材料中某些物相形成,而加入的抑制劑或穩(wěn)定劑;為促進材料的燒結,而加入的助熔劑,等等。總之,在耐火材料生產(chǎn)中,采取加入少量外加劑可在一定程度上改變材料的組成與結構,從而便于生產(chǎn)和使制品獲得某種預期特性。但必須注意,切勿因此而嚴重影響其抵抗高溫作用的基本性質(zhì)。