耐火材料的宏观组织结构

发布 2021-06-01 12:35:28 阅读 4499

宏观结构:能为肉眼和放大镜观察到的结构,称为宏观结构或称大结构。

耐火材料是一种多孔非均质体,气孔的形状、尺寸、数量、分布、以及气孔与固相的结合状态,构成了耐火材料的宏观组织结构。其特征是影响耐火制品其它性质的主要因素。

2.1 气孔率、体积密度、真密度。

2.1.1 气孔率p

耐火制品的有贯通气孔、开口气孔(或称显露气孔)、闭口气孔3种类型,可以见p8的图1-2。气孔的**是配合料中颗粒内部的原有气孔,以及成型后物料之间的未经烧结或烧结后未排净的孔隙。含有可挥发成分的物料加热时也容易在制品中产生气孔。

制品中气孔的直径、数量等影响着制品的荷软、蠕变、热震、抗渣、透气、导热、强度等许多性质。显露气孔与贯通气孔也合称为开口气孔,开口气孔与闭口气孔之和称为总气孔,气孔的体积与试样体积之比称为气孔率,由此就有开口气孔率、闭口气孔率、总气孔率(真气孔率)。

理论分析:真气孔率(总气孔率)pt = v1+v2)/v0 ] 100%

开口气孔率(显气孔率)pa =(v1/v0)×100%

闭口气孔率pc=(v2/v0)×100%

式中:v0、v1、v2—分别为试样、开口(含贯通)气孔、闭口气孔的体积,(cm3)

实际测定:显气孔率:

m1干试样质量;m2饱和试样在浸液中的质量;m3饱和试样在空气中的质量;

实际上,闭口气孔体积难于测定,故可以应用的制品气孔率指标只有开口气孔率(显气孔率),常用它表示制品的该项性质。当气孔率一定,孔隙的直径、分布等不同,对制品的其它性质的影响则不同。特别是抗渣性、热震、导热、强度等性质。

一般耐火砖的开口气孔率为20%左右;熔铸砖的开口气孔率和闭口气孔率都很小;轻质隔热砖的闭口气孔率很大;粘土砖的闭口气孔率为3%左右,特别是在加热速度过快且原料中含有碳酸盐或硫酸盐杂质的条件下,快速加热使砖坯表面处产生的液相封闭了砖坯的孔隙,碳酸盐、硫酸盐分解后的气体被封闭在砖坯中,形成较多的闭气孔。

2.1.2 吸水率w

吸水率:是制品的开口气孔中所吸满水的质量与制品的干燥质量之比。它的实质是反映了开口气孔率的技术指标,但是测定方便。多用来测定煅烧原料的质量,烧结良好则吸水率值就小。

理论分析:吸水率w=(m水/m干样)×100%;

式中:m水、m干样—分别为气孔中所吸满的水的质量、试样的干燥质量,(g)

实际测定:w =(m3 - m1)/m1 ×100%(符号意义,同显气孔率实际测定)

2.1.3 体积密度d

体积密度:表示干燥制品的质量与干燥制品的体积之比,即单位表观体积的质量。

理论分析:体积密度d=m干样/v0 ,(g/cm3)

式中:m干样-干燥试样的质量,(g);v0-试样的体积,(cm3)。

实际测定:d=m1·d液/(m3-m2),g/cm3(符号意义,同显气孔率实际测定)

m1-试样干燥质量,g饱—饱和试样质量,g饱浮—饱和悬浮试样质量,d液—液体密度。

体积密度是表征制品致密度的技术指标,是制品中气孔体积量和矿物组成的综合反应,与真密度相比较可反映出制品的真气孔率情况。体积密度计算简便,生产中作为控制评判制品的烧结程度、成型砖坯的致密度、原料的煅烧程度等的依据。不同化学矿物组成的制品,比较d体没有意义,只有当制品的化学矿物组成一定时,体积密度才是衡量制品中气孔体积多少的指标。

d体对制品物理性质的影响作用与气孔率的影响相同。一些耐火材料的气孔率、d体见p9的表1-2。

创造性思维题:如何测定不规则形状材料的体积密度?

2.1.4 真密度 q

真密度:是指不包括气孔的单位体积耐火材料的质量。该指标可以鉴定材料的化学矿物组成,通常与理论密度相比较可用来评价原料的煅烧质量、制品中的物理化学反应进行的程度等。

理论分析:真密度 q = m/ [v0-(v1+v2)] g/cm3)

式中:m—干燥试样的质量,(g);

v0、v1、v2—分别为试样体积、开口及闭口气孔体积,(cm3)。

实际测定:q =m1×d液/(m1+m3-m2), g/cm3)

其中;m1—试样的干燥质量,g;

m2—装有试样和选用液体的比重瓶质量,g;

m3—装有选用液体的比重瓶质量,g

2.2 透气度。

透气度是表示气体通过耐火制品难易程度的特性值。物理意义:一定压力的气体在一定时间内、通过一定面积和厚度试样的气体量。透气度系数k是评价耐火制品透气性能的指标。

透气度系数k=q h/ [p1-p2)a t], lm/nh)

式中:k—透气度系数或称透气率,(lm/nh);

q—气体通过量,(l);

h、a—分别为试样的厚度,(m);横截面积,(m2);

p1-p2—试样两端的压力差,(n/m2)

t—气体透过时间(h)

气体的透过量与气体的粘度成反比。由于气体的粘度随温度升高而增大,因此通过的气体量将随温度升高而减小。

考虑温度、气体粘度的影响,又有绝对透气度系数kˊ=ηk

透气度系数决定于制品中的贯通气孔的直径、数量、走向及实际长度,在贯通气孔的截面积一定的情况下,气孔的数量多、直径小,透气度系数小,反之亦然。(实验证明:气体通过量与孔道半径的4次方成正比。

)一般同类耐火制品,其透气度系数高,抗侵蚀性就差。但是,在特定的使用领域,往往需要具有较高透气度系数的材料。如钢液净化用的吹氩透气砖、汽车尾气净化用的多孔催化剂载体等。

创造性思维题:如何获得多孔透气制品具有众多均匀的微小孔隙。

思路:等大颗粒的直接结合、定向有机纤维烧失等。

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