咨詢熱線： 0371-69233258
咨詢熱線： 0371-69233258
耐火(huo)材料(liao)(liao)在(zai)(zai)(zai)外力(li)(li)作(zuo)用(yong)下(xia)，抵(di)抗形變和(he)破(po)(po)壞的(de)能(neng)(neng)力(li)(li)，也稱機械性(xing)能(neng)(neng)。耐火(huo)材料(liao)(liao)是一種(zhong)結構(gou)材料(liao)(liao)，在(zai)(zai)(zai)砌筑、使(shi)用(yong)甚至 堆放(fang)和(he)運輸過(guo)程中會(hui)承受各種(zhong)外力(li)(li)的(de)作(zuo)用(yong)，必須(xu)有足夠的(de)抵(di)抗能(neng)(neng)力(li)(li)，否則會(hui)導致耐火(huo)材料(liao)(liao)的(de)破(po)(po)壞，為(wei)(wei)此需研究和(he)測定 耐火(huo)材料(liao)(liao)的(de)力(li)(li)學性(xing)能(neng)(neng)。耐火(huo)材料(liao)(liao)屬(shu)于(yu)無機非金屬(shu)材料(liao)(liao)，一般是多晶(jing)多相的(de)聚集體，由晶(jing)相、液相以及氣孔所構(gou)成(cheng)的(de)非均質體。在(zai)(zai)(zai)常溫下(xia)表現(xian)為(wei)(wei)脆性(xing)材料(liao)(liao)的(de)特征，表現(xian)在(zai)(zai)(zai)力(li)(li)學性(xing)能(neng)(neng)上，當承受的(de)外力(li)(li)達到一定值(zhi)時，即產生破(po)(po)壞，破(po)(po)壞之前的(de)應(ying)力(li)(li)極限值(zhi)稱為(wei)(wei)“強度(du)”。
(1) 影(ying)響(xiang)因素
耐火材料所(suo)承受的(de)(de)外力(li)很復雜，有瞬間應(ying)(ying)力(li)和持久(jiu)應(ying)(ying)力(li)，以持久(jiu)應(ying)(ying)力(li)為主。產生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)因素有壓縮、拉伸、彎 曲、剪切(qie)、沖(chong)刷、撞擊(ji)、摩擦等(deng)。耐火材料的(de)(de)力(li)學(xue)性能主要取決于其組織結(jie)構(gou)和化(hua)(hua)學(xue)-礦物組成(cheng)。強(qiang)度的(de)(de)高低與(yu)構(gou)成(cheng)材 料的(de)(de)晶相、液相的(de)(de)種類、數量、晶粒尺(chi)寸(cun)以及(ji)氣孔(kong)的(de)(de)分(fen)布、排列情況有著(zhu)極為密切(qie)的(de)(de)關系。氣孔(kong)部位強(qiang)度最弱，它的(de)(de) 周(zhou)圍往往又(you)是應(ying)(ying)力(li)集(ji)中(zhong)的(de)(de)位置(zhi)，材料的(de)(de)破(po)壞往往從(cong)氣孔(kong)周(zhou)圍開始(shi)。在同類材料中(zhong)，以組織均勻(yun)致密、晶相發育良好、 晶粒和氣孔(kong)孔(kong)徑細小(xiao)者機械(xie)強(qiang)度較高，為此，必(bi)須嚴(yan)格控制(zhi)生(sheng)(sheng)產工(gong)藝條(tiao)件。除了(le)外力(li)作用(yong)外，耐火材料在溫(wen)度變化(hua)(hua)時 還會(hui)(hui)因體積變化(hua)(hua)產生(sheng)(sheng)內應(ying)(ying)力(li)。在使用(yong)過程中(zhong)接(jie)觸液態(tai)金屬和熔(rong)渣(zha)以及(ji)廢氣等(deng)會(hui)(hui)引起(qi)材料自身成(cheng)分(fen)、相組成(cheng)和結(jie)構(gou)的(de)(de)變化(hua)(hua)，也會(hui)(hui)影響制(zhi)品的(de)(de)力(li)學(xue)性能。
(2) 耐火材料力(li)學性能(neng)的分類
耐(nai)火材料力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)分為常(chang)(chang)溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)高溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。其中，常(chang)(chang)溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)有常(chang)(chang)溫(wen)(wen)、抗(kang)(kang)(kang)(kang)拉/抗(kang)(kang)(kang)(kang)折(zhe)/扭轉(zhuan)強度(du)、耐(nai)磨 性(xing)(xing)(xing)(xing)；高溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)有高溫(wen)(wen)耐(nai)壓強度(du)、高溫(wen)(wen)抗(kang)(kang)(kang)(kang)折(zhe)強度(du)、高溫(wen)(wen)扭轉(zhuan)強度(du)、高溫(wen)(wen)蠕(ru)變性(xing)(xing)(xing)(xing)等。經(jing)(jing)常(chang)(chang)測定(ding)的力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)有抗(kang)(kang)(kang)(kang)拉強度(du)、 耐(nai)壓強度(du)、抗(kang)(kang)(kang)(kang)折(zhe)強度(du)、抗(kang)(kang)(kang)(kang)沖擊強度(du)、粘接強度(du)、抗(kang)(kang)(kang)(kang)沖刷能(neng)力(li)、耐(nai)磨性(xing)(xing)(xing)(xing)、彈性(xing)(xing)(xing)(xing)模量、抗(kang)(kang)(kang)(kang)扭轉(zhuan)強度(du)和(he)高溫(wen)(wen)蠕(ru)變性(xing)(xing)(xing)(xing)等。以下重點說明(ming)幾(ji)項經(jing)(jing)常(chang)(chang)測定(ding)的力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。
①常溫耐壓強度
耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)常溫(wen)耐(nai)(nai)(nai)(nai)壓(ya)(ya)強(qiang)度(du)是指常溫(wen)下材(cai)料單位面積所能承(cheng)受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大壓(ya)(ya)力， 用(yong)MPa表示。一(yi)般(ban)耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)制品的(de)(de)(de)(de)(de)常溫(wen)耐(nai)(nai)(nai)(nai)壓(ya)(ya) 強(qiang)度(du)為抗彎強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)2~3倍；為抗拉強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)5~10倍；良好的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)磨性(xing)和耐(nai)(nai)(nai)(nai)撞擊(ji)性(xing)等(deng)都與其有較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)(de)常溫(wen)耐(nai)(nai)(nai)(nai)壓(ya)(ya)強(qiang)度(du)相對應。常 見耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)制品的(de)(de)(de)(de)(de)常溫(wen)耐(nai)(nai)(nai)(nai)壓(ya)(ya)強(qiang)度(du)如圖所示。
②高溫耐壓強度
耐(nai)火材料的(de)(de)(de)(de)高溫(wen)(wen)(wen)耐(nai)壓強度(du)(du)(du)(du)是指(zhi)材料在高于1000~2000℃的(de)(de)(de)(de)高溫(wen)(wen)(wen)熱態下(xia)單位面(mian)積(ji)所能承受的(de)(de)(de)(de)最大壓力， 以MPa表示。耐(nai)火材料的(de)(de)(de)(de)耐(nai)壓強度(du)(du)(du)(du)一(yi)般隨(sui)(sui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)(sheng)高而(er)有明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)變化。當溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)由常溫(wen)(wen)(wen)起，開始都隨(sui)(sui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)(sheng)高而(er)呈線性下(xia)降(jiang)，此 后，有的(de)(de)(de)(de)材料仍隨(sui)(sui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)(sheng)高而(er)繼續下(xia)降(jiang)，有的(de)(de)(de)(de)當溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)(sheng)至一(yi)定范圍內時，則隨(sui)(sui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)(sheng)高而(er)升(sheng)(sheng)(sheng)高，并在某一(yi)特定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia) 達最高值，隨(sui)(sui)后急(ji)劇下(xia)降(jiang)。
③高溫蠕變
當材(cai)(cai)料(liao)在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)承(cheng)受小(xiao)于(yu)其極限強度的(de)(de)(de)(de)某一(yi)恒定荷重時(shi)，產生塑性變(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)，變(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)量會(hui)隨時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)增長(chang)而逐漸(jian)增加，甚(shen)至會(hui)使(shi)材(cai)(cai)料(liao)破壞，這種現象叫蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)。因此，對于(yu)處(chu)于(yu)高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，就不能(neng)孤(gu)立地(di)考(kao)慮其強度，而應將溫(wen)(wen)度和時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)因素與強度同時(shi)考(kao)慮。例如，長(chang)時(shi)間(jian)在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)工作(zuo)的(de)(de)(de)(de)熱風爐格(ge)子(zi)磚的(de)(de)(de)(de)損壞，是由(you)于(yu)磚體(ti)逐漸(jian)軟(ruan)(ruan)化(hua)產生可塑變(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)，強度顯著下(xia)(xia)降甚(shen)至破壞，格(ge)子(zi)磚的(de)(de)(de)(de)這種蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)現象成為(wei)爐子(zi)損壞的(de)(de)(de)(de)主要(yao)原因。在(zai)(zai)設(she)計高溫(wen)(wen)窯爐時(shi)，僅根據耐火材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)荷重軟(ruan)(ruan)化(hua)試驗和殘存收縮率，評(ping)價制品在(zai)(zai)長(chang)期高溫(wen)(wen)復合(he)條件下(xia)(xia)工作(zuo)的(de)(de)(de)(de)體(ti)積穩定性還(huan)是不充分的(de)(de)(de)(de)，檢驗其高溫(wen)(wen)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)性，了解它在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)、長(chang)時(shi)間(jian)負荷下(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)形(xing)(xing)(xing)(xing)特性是十分必要(yao)的(de)(de)(de)(de)。
耐火(huo)材料(liao)的高(gao)溫蠕(ru)(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)是指(zhi)材料(liao)在恒定的高(gao)溫和一(yi)定荷(he)重作用(yong)下產生的變(bian)形和時間(jian)的關系(xi)。由于施加的荷(he)重不同，可分為高(gao)溫壓縮(suo)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)、高(gao)溫拉伸蠕(ru)(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)、高(gao)溫抗折蠕(ru)(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)和高(gao)溫扭轉蠕(ru)(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)等，其中(zhong)最常用(yong)的是高(gao)溫壓縮(suo)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)(ru)變(bian)。
由于耐火材料在高溫、荷重條件下的(de)(de)(de)形(xing)變(bian)量及其時(shi)間-形(xing)變(bian)曲(qu)線，是隨著材質、升溫速率、恒溫溫度(du)(du)、荷載(zai)大小(xiao)等諸多因素的(de)(de)(de)變(bian)化而(er)變(bian)化的(de)(de)(de)，而(er)且差異(yi)較大，因此對(dui)于不同(tong)材質的(de)(de)(de)不同(tong)材料，根據其使用條件不同(tong)，應(ying)單獨(du)規定其高溫蠕(ru)變(bian)試(shi)驗溫度(du)(du)等條件要求。
④抗拉強度(抗張強度)
指單(dan)位面積材料受到張應(ying)力(li)(拉伸負荷(he))的(de)作(zuo)(zuo)用而破壞時的(de)極限應(ying)力(li)，以試樣(yang)單(dan)位橫截面上所承受的(de)負荷(he)來表示。只有對承受拉應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用的(de)耐火材料測定(ding)抗(kang)拉強度才有意義。
⑤抗沖擊強度
指(zhi)抵(di)抗(kang)沖(chong)擊(ji)破壞(huai)的(de)(de)能(neng)力。有的(de)(de)耐火材料在使(shi)用(yong)(yong)過(guo)程中會受(shou)到物體(ti)的(de)(de)沖(chong)撞，例如轉爐裝料側的(de)(de)內襯材料，在使(shi)用(yong)(yong)過(guo)程中受(shou)到廢(fei)鋼(gang)的(de)(de)沖(chong)擊(ji)，是其損壞(huai)的(de)(de)重(zhong)要原因。常用(yong)(yong)高溫抗(kang)折強度(du)來間(jian)接判斷其抗(kang)沖(chong)擊(ji)性(xing)能(neng)的(de)(de)優劣，也可以參照(zhao)陶瓷材料的(de)(de)沖(chong)錘(chui)法(fa)或鑄(zhu)石的(de)(de)耐沖(chong)擊(ji)性(xing)法(fa)測(ce)定(ding)抗(kang)沖(chong)擊(ji)強度(du)。
⑥抗沖刷能力
大部分耐火(huo)材(cai)料在使(shi)用(yong)中要經(jing)受熔融金屬、熔渣以及(ji)燃燒氣流的沖(chong)刷，溫度越(yue)高，對(dui)耐火(huo)材(cai)料的沖(chong)刷越(yue)嚴重(zhong)，這(zhe)是(shi)耐火(huo)材(cai)料損壞的重(zhong)要原因之一(yi)。因為(wei)沖(chong)刷作用(yong)往(wang)往(wang)與摩擦(ca)、化學反(fan)應交織在一(yi)起，引起破壞的原因很(hen)復雜，直(zhi)接測定耐火(huo)材(cai)料的抗沖(chong)刷能(neng)力非常困難，通(tong)常用(yong)抗折強(qiang)度、耐壓強(qiang)度等性能(neng)來間接判斷耐火(huo)材(cai)料的抗沖(chong)刷能(neng)力。
⑦耐磨性
指材料(liao)(liao)抵抗摩(mo)擦(ca)蝕損(sun)的(de)(de)能力(li)。相當多的(de)(de)耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)(liao)在使用時受(shou)到運動著的(de)(de)固體物料(liao)(liao)摩(mo)擦(ca)而蝕損(sun)，例如高(gao)(gao)爐內襯、鍛燒耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)(liao)熟料(liao)(liao)等用的(de)(de)豎窯和回轉窯內襯等。耐(nai)(nai)磨性(xing)高(gao)(gao)低與構成耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)(liao)組分的(de)(de)顆粒硬度(du)(du)有(you)直接關系，顆粒間粘接強度(du)(du)、磚體氣(qi)孔率高(gao)(gao)低也影響耐(nai)(nai)磨性(xing)； 同樣材質(zhi)， 隨著溫度(du)(du)的(de)(de)升高(gao)(gao)耐(nai)(nai)磨性(xing)下降。耐(nai)(nai)火(huo)材料(liao)(liao)的(de)(de)耐(nai)(nai)磨性(xing)通常(chang)用美(mei)國AS TMC 704測定， 其要點是將(jiang)試樣的(de)(de)平面垂直對(dui)著噴嘴， 用448kPa壓(ya)力(li)的(de)(de)空氣(qi)， 將(jiang)1000g粒狀(zhuang)碳化硅從噴嘴中噴到試樣上，測量試樣上磨損(sun)的(de)(de)體積，以(yi)cm3表示。
在科研工(gong)作中，也(ye)有采用(yong)往復摩擦法(fa)進(jin)行(xing)高溫(wen)耐(nai)(nai)(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)試(shi)驗的(de)(de)。不(bu)具備直(zhi)接測(ce)量耐(nai)(nai)(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)試(shi)驗條件(jian)時，則(ze)用(yong)高溫(wen)抗折(zhe)強度等(deng)其他力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)間接判斷(duan)耐(nai)(nai)(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)。隨著(zhu)科學(xue)技術的(de)(de)進(jin)步(bu)和(he)高溫(wen)工(gong)業的(de)(de)發展，人(ren)們對耐(nai)(nai)(nai)(nai)火材(cai)料(liao)(liao)力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)認識(shi)將(jiang)越來(lai)(lai)越深，要(yao)(yao)求(qiu)越來(lai)(lai)越高，不(bu)斷(duan)有新的(de)(de)力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)項目來(lai)(lai)表(biao)(biao)達(da)(da)耐(nai)(nai)(nai)(nai)火材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)質量和(he)耐(nai)(nai)(nai)(nai)用(yong)性(xing)。因(yin)此，要(yao)(yao)求(qiu)測(ce)定耐(nai)(nai)(nai)(nai)火材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)項目會越來(lai)(lai)越多。例如，耐(nai)(nai)(nai)(nai)火纖維材(cai)料(liao)(liao)將(jiang)要(yao)(yao)求(qiu)測(ce)定纖維強度和(he)制(zhi)定測(ce)試(shi)方法(fa)，從而面臨著(zhu)越加嚴酷的(de)(de)使用(yong)條件(jian)，耐(nai)(nai)(nai)(nai)火材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)抗沖刷性(xing)、耐(nai)(nai)(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)等(deng)會成為某(mou)些耐(nai)(nai)(nai)(nai)火材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)重要(yao)(yao)性(xing)能(neng)(neng)(neng)，因(yin)而將(jiang)要(yao)(yao)求(qiu)逐漸創立科學(xue)的(de)(de)表(biao)(biao)達(da)(da)方法(fa)和(he)測(ce)試(shi)標準。
⑧抗扭轉強度
指由扭(niu)矩作(zuo)用使單位(wei)面(mian)積材(cai)料遭到破(po)壞(huai)的(de)(de)(de)極限(xian)應(ying)力(li)。較有(you)意義(yi)的(de)(de)(de)是測量(liang)耐火(huo)材(cai)料在(zai)高(gao)溫下的(de)(de)(de)抗扭(niu)轉(zhuan)強度，方法要點是：將(jiang)制品制成長(chang)條(tiao)狀試(shi)樣(yang)(yang)并放在(zai)臥式高(gao)溫爐(lu)中，兩端(duan)(duan)置于爐(lu)外(wai)，一(yi)端(duan)(duan)固定，另(ling)一(yi)端(duan)(duan)施加(jia)力(li)矩作(zuo)用，將(jiang)爐(lu)溫升高(gao)至一(yi)定溫度并保(bao)溫一(yi)定時間，試(shi)樣(yang)(yang)開始扭(niu)曲變形，當應(ying)力(li)超(chao)過一(yi)定極限(xian)時，試(shi)樣(yang)(yang)發生斷裂，記錄(lu)施加(jia)的(de)(de)(de)力(li)值(zhi)，計算出單位(wei)面(mian)積上的(de)(de)(de)極限(xian)剪應(ying)力(li)。
