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耐火材料的三大主要化學(xué)元素

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根據(jù)耐火材料中各種化學(xué)成分的含量和其作用，通常將其分為主成分、外加成分和雜質(zhì)三類。
（一）主成分
    耐火材料中的主成分是指占絕大多數(shù)的，對(duì)材料高溫性質(zhì)起決定性作用的化學(xué)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(duì)耐火材料的主成分，必須予以充分重視。通常，對(duì)耐火材料依化學(xué)組成分類，以及對(duì)許多同材質(zhì)的耐火材料劃分為若干等級(jí)，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。可作為耐火材料主成分的都是具有很高晶格能的高熔點(diǎn)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(guò)程中能形成穩(wěn)定的具有優(yōu)良性能的礦物，在自然界儲(chǔ)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。 
（二）外加成分
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(jìn)材料中某些物相的形成和轉(zhuǎn)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(jìn)材料的燒結(jié)，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(jié)構(gòu)，從而便于生產(chǎn)和使制品獲得某種預(yù)期特性。但必須注意，切勿因此而嚴(yán)重影響其抵抗高溫作用的基本性質(zhì)。
（三）雜質(zhì)
    雜質(zhì)是指在耐火材料中不同于主成分的，含量微少而對(duì)耐火材料的抵抗高溫性質(zhì)往往帶來(lái)危害的化學(xué)成分。這種化學(xué)成分多是由含主成分的原料中夾帶而來(lái)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(diǎn)，但同主成分共存時(shí)，卻可產(chǎn)生易熔物。故雜質(zhì)的存在往往對(duì)主成分起強(qiáng)的助熔作用。助熔作用雖有時(shí)有助于材料的液相燒結(jié)，但對(duì)材料抵抗高溫作用卻有嚴(yán)重危害。助熔作用愈強(qiáng)，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(zhǎng)速度愈快，以及所形成的液相粘度愈低和潤(rùn)濕性愈好，危害愈嚴(yán)重。
    可見，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(duì)其高溫性質(zhì)帶來(lái)嚴(yán)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(duì)SiO2的熔劑作用強(qiáng)。氧化鋁對(duì)硅質(zhì)耐火材料的高溫性能危害極大。另外，當(dāng)雜質(zhì)與主成分共存時(shí)，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(rùn)濕性愈好，則對(duì)耐火材料的危害愈嚴(yán)重。
    因此，欲提高耐火材料抵抗高溫的性能，必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)的含量。