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金屬在耐火材料中的應(yīng)用

2020/11/26

近年來，金屬?gòu)?fù)合耐火材料已成為研究的熱點(diǎn)，如將Si、Al和Fe等引入到耐火材料中，研究開發(fā)了Si-Si3N4-剛玉質(zhì)陶瓷杯、Al-碳-剛玉質(zhì)滑板和Fe-AlN-MgO- Si3N4復(fù)合材料等，有的已在生產(chǎn)中得到了推廣應(yīng)用，并取得了滿意的效果，值得一提的是，Si雖不是金屬，但因其具備金屬的延展性和塑性等特征，常將其歸入金屬材料中。
研究得知：金屬一旦作為一個(gè)組元復(fù)合于耐火材料中，其除具有在適當(dāng)氣氛下形成相應(yīng)的化合物增強(qiáng)增韌基體材料外，還具有塑性相成型、促進(jìn)燒結(jié)和抗氧化等作用。
金屬在耐火材料中的作用：
塑性相成型：金屬在應(yīng)力作用下晶格會(huì)發(fā)生滑移，具有塑性特征，將其引入到耐火材料中，相對(duì)于堅(jiān)硬的無機(jī)材料顆粒，在成型過程中其將發(fā)揮塑性成型特點(diǎn)，使得在相同的成型壓力下制備的生坯密度較未添加金屬試樣的高。
促進(jìn)燒結(jié)：金屬對(duì)耐火材料的促燒結(jié)作用可歸于兩方面因素：其一，引入金屬形成的塑性相成型能夠提高坯體的密度，縮短顆粒間的距離，減小燒制過程中擴(kuò)散傳質(zhì)所需的能量；其二，金屬的熔點(diǎn)一般低于耐火材料原料，其能在較低的溫度下生成液相，液相形成的毛細(xì)管力及其本身的粘性流動(dòng)加快了原子的遷移速率和坯體收縮，促進(jìn)了燒結(jié)的致密化進(jìn)程。
改善韌性：金屬可通過裂紋橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋屏障等機(jī)制來改善復(fù)合材料的韌性，其中裂紋橋聯(lián)是最有效的增韌機(jī)制，即當(dāng)裂紋擴(kuò)展到金屬材料和基體材料的界面時(shí)，因金屬顆粒的延展性，裂紋使其受力拉長(zhǎng)，其將在裂紋的上下表面施加一個(gè)橋聯(lián)應(yīng)力，一方面可阻止裂紋的張開而減小裂紋尖端的強(qiáng)度因子，另外還能隨裂紋的張開而發(fā)生塑性變形，消耗了裂紋尖端的能量，起增韌作用。
抗氧化性：碳復(fù)合耐火材料由于碳的存在使其具有優(yōu)越的抗熱震性和抗渣性，但卻存在易氧化的缺陷，碳一旦被氧化，其具有的優(yōu)勢(shì)將喪失殆盡。為了充分發(fā)揮碳復(fù)合耐火材料的優(yōu)勢(shì)，常通過添加適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣硖岣咂淇寡趸?。金屬由于性能活潑，易于與O2和CO等反應(yīng)，已在耐火材料中作為抗氧化劑使用，常用作抗氧劑的有Al、Si、Mg及相應(yīng)的合金等。
原位反應(yīng)生成非氧化物：將金屬引入到耐火材料，在燒制過程中，利用其與原料組分或周圍的氣體反應(yīng)生成非金屬增強(qiáng)增韌相，可以達(dá)到改善基體常溫和高溫性能及抗熱震性等效果。目前，該項(xiàng)技術(shù)已得到了廣泛的關(guān)注。
由以上可知，金屬添加到耐火材料中，對(duì)耐火材料的力學(xué)性能和抗氧化性等均起到了積極的作用，這預(yù)示著它們?cè)谀突鸩牧现芯哂袕V闊的應(yīng)用前景。隨著科技的不斷發(fā)展和科學(xué)領(lǐng)域的不斷突破，金屬?gòu)?fù)合耐火材料的性能將不斷優(yōu)化，其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。