隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在廣泛的材料領(lǐng)域中出現(xiàn)了許多新材料。特種耐火材料就是在傳統(tǒng)陶瓷和耐火材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一組新型無(wú)機(jī)材料，也稱做高溫陶瓷材料。

　　傳統(tǒng)陶瓷的生產(chǎn)工藝是將原料制成細(xì)粉再成型。用陶瓷的方法制造耐火材料也算是特殊工藝方法，應(yīng)該在第五章敘述，但由于特種耐火材料化學(xué)成分的高純度，超級(jí)的耐火性能，各種特殊性能，復(fù)雜的制品形狀，特別的使用條件等，可以成為一個(gè)單獨(dú)體系，作為一章在此作系統(tǒng)敘述。

　　特種耐火材料的發(fā)展與高溫技術(shù)，特別是現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。近代空間技術(shù)，高速飛行器（人造地球衛(wèi)星）的噴射推進(jìn)裝備發(fā)展，尤其噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鉁u輪旋轉(zhuǎn)葉片、噴嘴、前錐體（雷達(dá)天線罩）、尾錐整流子等受到高溫、高速氣流的直接作用，難熔金屬和耐熱合金在高溫下的斷裂強(qiáng)度、蠕變、抗氧化性等性能達(dá)到了使用極限，必須尋找更好的特種耐火材料。先進(jìn)的冶金技術(shù)，需要更耐高溫，抗侵蝕，抗熱震的功能材料。冶煉各種新金屬、特殊合金和半導(dǎo)體材料的純度要求很高，可是在熔化溫度下容易與普通耐火材料起反應(yīng)而使一般耐火材料受侵蝕。金屬質(zhì)的容器更不適合作為這些材料的熔化、蒸餾、澆濤、合金化過(guò)程的盛器或單晶生長(zhǎng)用盛器，因?yàn)闀?huì)污染冶煉的材料。還有火箭、導(dǎo)彈、電子等現(xiàn)代技術(shù)都要求高性能的耐火材料。這些特種耐火材料與傳統(tǒng)的耐火材料相比具有以下特點(diǎn)：

　　（1）大多數(shù)特種耐火材料的材質(zhì)已經(jīng)超出了硅酸鹽范圍，而且品位高、純度高，熔點(diǎn)都在2000℃以上（個(gè)別的為1728℃）；

　�。�2）成型工藝不局限半干成型，除了大量應(yīng)用注漿法和可塑法成型外，還采用等靜壓、氣相沉積、熱壓、電熔等，而且大多數(shù)采用微米（μm）級(jí)的細(xì)粉料；

　　（3）制品燒成溫度很高（1600～2000℃，甚至更高），并在各種燒成氣氛或真空中燒成；

　�。�4）它不僅制成磚，棒，罐等厚實(shí)制品，還制成管、板、片、坩堝等薄型制品，中空的球狀制品，高度分散的散狀材料，還可制成透明或半透明制品，柔軟如絲的纖維，各種寶石般的單晶以及硬度僅次于金剛石的超硬材料；

　�。�5）它除了具有耐火性能外，有的還具有更好的電、熱、機(jī)械、化學(xué)等性能，因此它除了用于高溫工業(yè)，還廣泛用于其他部門(mén)。幾乎遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)；

　　一、特種耐火材料分類(lèi)

　　特種耐火材料概括為五方面的內(nèi)容

　�。�1）高熔點(diǎn)氧化物；

　�。�2）難熔化合物；

　�。�3）金屬陶瓷；

　�。�4）高溫?zé)o機(jī)涂層；

　�。�5）纖維及其增強(qiáng)材料；

　　盡管單一材料具有自己的優(yōu)點(diǎn)，可是也有不可克服的缺點(diǎn)和弱點(diǎn)。例如，金屬材料具有良好的延展性、機(jī)械強(qiáng)度和沖擊韌性，但這種材料的強(qiáng)度在高溫時(shí)急劇下降，并極容易氧化；有機(jī)材料的性能千變?nèi)f化，但它易老化，強(qiáng)度低，不耐高溫；無(wú)機(jī)非金屬雖然高溫性能好，但致命的弱點(diǎn)是脆性大，經(jīng)不起沖擊。所以就把幾種材料用一定的方式復(fù)合在一起，讓各種材料的性能取長(zhǎng)補(bǔ)短，而組成一種具有綜合性能的新材料。特種耐火材料的重點(diǎn)內(nèi)容之一就是高溫復(fù)合材料。它包括金屬陶瓷，高溫?zé)o機(jī)涂層，纖維增強(qiáng)材料等。

　　金屬陶瓷既有一定的像金屬一樣的韌性，能經(jīng)受陶瓷所不能經(jīng)受的熱沖擊及機(jī)械沖擊，又有像陶瓷那樣的高溫機(jī)械強(qiáng)度，能承受金屬所不能經(jīng)受的高溫，因此既改善了陶瓷的脆性，又改善了金屬的耐高溫性，具有金屬與陶瓷兩者的綜合性能。

　　高溫?zé)o機(jī)涂層是一種加涂在金屬或其他結(jié)構(gòu)底材表面上的無(wú)機(jī)保護(hù)層或表面膜的總稱。它起著改變底材外表面的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，從而賦予新的或改善底材性能的作用。如在金屬材料表面加涂一層耐高溫涂層，對(duì)金屬底材起隔熱作用，使金屬的使用溫度相對(duì)提高；還有地耐熱合金或石墨等材料加涂一層抗氧化，耐化學(xué)腐蝕涂層。近年來(lái)，出現(xiàn)了高溫電絕緣、高溫耐磨、耐腐蝕、示溫、溫控、潤(rùn)滑、防粒子輻射、光譜選擇吸收或發(fā)射、紅外輻射等各種作用的涂層。

　　用纖維（晶須）與金屬，塑料或陶瓷復(fù)合，可以制造出耐高溫、高強(qiáng)度、抗疲勞等各式各樣性能優(yōu)良的增強(qiáng)復(fù)合材料。

　　二、特種耐火材料的性能

　　各種不同的特種耐火材料，雖然化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)不同，其性能也存在一定的差異，但從特種耐火材料總體來(lái)說(shuō)比普通耐火材料具有許多優(yōu)良的性能。

　�。ㄒ唬�熱學(xué)性質(zhì)

　�。�1）熱膨脹性：熱膨脹性指材料的線度和體積溫度升降發(fā)生可逆性增減的性能。常以線膨脹數(shù)或體積膨脹系數(shù)表示。大多數(shù)特種耐火材料的線膨脹系數(shù)都比較大，僅有熔融石英，氧化硼，氧化硅的線膨脹系數(shù)比較小。

　　（二）力學(xué)性質(zhì)

　　特種耐火材料的彈性模量都大。大多數(shù)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，但與金屬材料相比，由于脆性，抗沖擊強(qiáng)度甚低。絕大多數(shù)的特種耐火材料具有較高的硬度，因此耐磨，耐氣流或塵粒沖刷性比較好。大多數(shù)特種耐火材料的高溫蠕變都比較小，最大的是二硅化鉬。蠕變值的大小與結(jié)晶尺寸，晶界物質(zhì)，氣孔率等有關(guān)系。

　　（三）電學(xué)性質(zhì)

　　大多數(shù)高熔點(diǎn)氧化物屬絕緣體，其中氧化釷（ThO2）和穩(wěn)定氧化鋯（ZrO2）等在高溫時(shí)具有導(dǎo)電性，見(jiàn)表3；碳化物、硼化物的電阻都很��；有些氮化物是電的良導(dǎo)體，而有些則是典型的絕緣體。例如TiN具有金屬的電導(dǎo)率（ρ為30×10-6Ω•㎝），BN則為絕緣體（ρ為1018Ω•㎝）。所有的硅化物都是電的良導(dǎo)體。

　�。ㄋ模┦褂眯再|(zhì)

　�。�1）耐火性：特種耐火材料的熔點(diǎn)幾乎都在2000℃以上，最高的碳化鉿（HfC）和碳化鉭（TaC）為3887℃和3877℃。耐火度也很高，在氧化氣氛中，氧化物的使用溫度甚至接近熔點(diǎn)。氮化物，硼化物，碳化物在中性或還原性氣氛中比氧化物有更高的使用溫度，例如TaC在N2氣氛中可使用到3000℃，BN在Ar氣氛中可使用到2800℃。耐高溫性能依次為：碳化物＞硼化物＞氮化物＞氧化物。而它們的高溫抗氧化性為：氧化物＞硼化物＞氮化物＞碳化物。

　�。�2）抗熱震性：在特種耐火材料中，由于氧化鈹?shù)臒釋?dǎo)率低，大多數(shù)硼化物的熱導(dǎo)率也不高，熔融石英的線膨脹系數(shù)特別小，所以抗熱震性很好。某些纖維制品及纖維增強(qiáng)復(fù)合制品有較高的氣孔率及抗張強(qiáng)度，這些材料的抗熱震性比較好。碳化硅，氮化硅，氮化硼，二硅化鉬等也有較好的抗熱震性。

　　三、特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)

　　特種耐火材料是一種多晶體材料。絕大多數(shù)特種耐火材料的微觀組織結(jié)構(gòu)為晶相組成，而不含玻璃相，個(gè)別特種耐火混入微量雜質(zhì)，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(jiǎn)稱晶界，對(duì)于由小晶粒組成的多晶體來(lái)說(shuō)，晶界的體積幾乎占到一半以上，對(duì)晶體的性質(zhì)有顯著的影響。當(dāng)晶粒細(xì)小時(shí)，材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，而粗晶容易造成裂紋和缺陷，使材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。特種耐火材料的結(jié)構(gòu)，亦含有一定量的氣孔，對(duì)材料性能也有影響。所以一般要求特種耐火材料的組織結(jié)構(gòu)均勻，玻璃相少，晶粒細(xì)小而均勻?yàn)楹谩?/p>

　　四、特種耐火材料的用途

　�。�1）特種耐火材料作為高溫工程的結(jié)構(gòu)材料和功能材料得到廣泛的應(yīng)用。

　　（2）在冶金工業(yè)中，廣泛用于耐高溫、抗氧化、還原或化學(xué)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(huán)、熔融金屬的過(guò)濾裝置和輸送管道等。

　�。�3）在航天和飛行技術(shù)中，用于火箭導(dǎo)彈的頭部保護(hù)罩、燃燒室內(nèi)襯、尾噴管襯套、噴氣式飛機(jī)的渦輪葉片、排氣管、機(jī)身、機(jī)翼的結(jié)構(gòu)部件等。

　　（4）在電子工業(yè)中，用做熔制高純半導(dǎo)體材料和單晶材料的容器，半導(dǎo)體固體擴(kuò)散源；電子儀器設(shè)備中的各種耐高溫絕緣散熱部件；集成電路的基板，蒸發(fā)涂膜用的導(dǎo)電舟皿等。

　�。�5）高溫工業(yè)中，用做特種電爐的高溫發(fā)熱元件、爐管、爐膛結(jié)構(gòu)材料和保溫隔熱材料，各種測(cè)溫?zé)犭娕嫉膬?nèi)外保護(hù)套管等。

　�。�6）在機(jī)械及國(guó)防工業(yè)中，用做磨料、磨具、切削刀具；裝甲防護(hù)板等。

　　（7）在化工和輕工部門(mén)，用做潛水泵和化工泵機(jī)械密封環(huán)；玻璃拉絲坩堝，流料槽及玻璃池窯磚等。

　�。�8）在醫(yī)學(xué)及農(nóng)業(yè)部門(mén)，用做人造關(guān)節(jié)、人造牙齒，并利用它的生物相容性等特殊性能。

　　五、特種耐火材料展望

　　從材料的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看，將利用結(jié)構(gòu)的不均勻性，如微裂紋，微缺陷，晶界和界面性質(zhì)，獲得某種特殊性能。透光性陶瓷與今后的光通訊發(fā)展有很大關(guān)系。陶瓷固體電解質(zhì)（βAl2O3、ZrO2等）的利用將進(jìn)一步擴(kuò)大，從能源、環(huán)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(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)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(huì)有很大發(fā)展。高效復(fù)合材料，很有前途，也會(huì)得到很大發(fā)展。