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特种耐火材料是在传统陶瓷、精密陶瓷和普通耐火材料以及功能耐火材料的基础上发展起来的,是一组熔点在℃以上的高纯氧化物、非氧化物和炭素等单一材料或者各种复合材料为原料的,采用传统生产工艺或特殊生产工艺生产的、其制品具有特殊性能和特种用途的新型耐火材料,又称特种耐火材料。
特种耐火材料主要的特点在于采用高纯原材料,引入特种生产工艺、特种烧成技术。
一、特种耐火原料的分类
与传统耐火材料不同,特种耐火材料原料都是使用化工原料和合成原料。原料的基本分类有:
(1)高熔点氧化物原料,如Al2O3、MgO、ZrO2等。这些原料都是采用化学方法从矿石中提取的。如果需要超高纯氧化物原料,可以采用金属盐或复合盐类分解法制成,也可采用高纯金属氧化法制成。
(2)难熔化合物原料,如SiC、BN、Si3N4、MoSi2等。这些原料都是采用电熔或烧结法合成。某些高纯原料是采用单质元素在高温下进行氮化处理制成,如BN和Si3N4。
(3)复合物原料,复合物原料有以下几种类型:
氧化物之间的复合,如莫来石(3Al2O3SiO2)、铬刚玉(Al2O3Cr2O3)、锆刚玉(Al2O3ZrO2)、钛刚玉(Al2O3TiO2)、尖晶石(MgOAl2O3)、(MgOCr2O3)。一是氧化物与难熔化合物之间的复合,如SiO2-SiC、Al2O3-SiC、Al2O3-Si3N4、B2O3-BN等。二是难熔化合物之间的复合,如SiC-Si3N4、BN-ZrB2。三是金属与氧化物之间的复合(金属陶瓷),如Al2O3-Mo、MgO-MO、Al2O3-Cr等以及碳化物与金属之间的复合,如TiC-Ni-Mo、Cr3C2-Ni-Cr、TiC-Ni等。
二、原料的分级
特种耐火材料原料是以化工原料为基础的,同时以化学试剂分级作参考,大致可分为:
(1)特级原料(光谱纯),主成分含量≥99.99%;
(2)—级原料(分析纯),主成分含量≥99.9%;
(3)二级原料(化学纯),主成分含量≥99.5%;
(4)三级原料(化学纯),主成分含量≥99.0%;
(5)工业级原料(工业纯),主成分含量≥98.5%。
三、特种耐火材料原料的加热处理
特种耐火材料原料在使用前大多数要经过加热处理。其根本目的是排除原料中的分解物、完成晶形转化、降低制品在烧成中的收缩。其主要阶段有:
(1)除掉原料中的物理水;
(2)除掉原料中的化学结合水;
(3)促进原料的晶形转化,使原料形成稳定的晶形;
(4)进行高温烧结和电熔处理,使原料晶体长大,达到致密化,减少在制品生产时产生收缩。
四、原料的破粉碎加工
特种耐火材料原料的破粉碎加工和普通耐火原料的破粉碎加工相同,其主要内容包括原料分级精选、初级破粉碎加工、中级破粉碎加工、细粉和微粉的加工,净化除铁处理以及粒度筛分分级等工作。
(1)熟料的精选与分级
经过高温烧结、电熔和合成,将原料制成熟料,然后再经过严格的精选、分级。其主要目的是提出受污染的原料、欠烧料、半熔料、合成反应不完全的熟料,同时对熟料的外观颜色、结晶状态进行分级。
(2)熟料的破粉碎加工
特种耐火材料制品在加工过程中要将熟料按要求加工成各种粒度级别,如粗颗粒:5~3mm,3~1mm,1~0.5mm;细颗粒:小于0.mm或小于0.mm,或加工成微粉。
(3)原料的除铁
原料在破粉碎加工过程中不可避免地带入一定量的金属铁杂质,这些金属铁杂质对制品的高温性能和外观造成严重影响,所以必须采用有效方法除掉。除铁方法有两种:一种是物理除铁法,一种是化学除铁法。
五、原料的筛分
(1)粒度的分类
特种耐火原料加工成颗粒料可分为3种类型:
①统砂,只限制原料的临界粒度,不限制颗粒料的粒度组成,如小于5mm,小于3mm,小于2mm,小于1mm,小于0.5mm以及各种粒度级别的细粉料。
②分段砂,是按粒度大小划分区段,这种段砂分类法在耐火材料行业被广泛地应用。分段法为5~3mm,3~1mm、1~0.5mm,小于0.5mm,小于0.mm,小于0.mm等。
③分号砂,是按机械工业用磨料粒度及其组成的国家标准(GB-)。
(2)标准筛及粒度分级
①原料的临界粒度和粒度分析要使用标准筛。
②特种耐火材料原料的粒度分级(分号砂)大部分是沿用磨料的分级标准。