特种耐火材料的应用领域

出于科学技术的发展，在宇航、核能、冶金、电子、化工、建材、交通等行业对耐火材料不断提出新的课题，使用条件愈来愈苛刻和特殊，普通耐火材料已满足不了新的要求，只有具有耐高温、抗腐蚀、髙温化学和热稳定性好的特种耐火材料才能承担这些重任，满足使用要求。
特种耐火材料包涵的种类非常广泛，主要有高熔点氧化物、高熔点非氧化物及由此衍生的复合化合物、金属陶瓷、高温涂层、高温纤维及其增强材料。其中高熔点非氧化物通常称难熔化合物，它又包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。
下面，一一为大家讲解。
氧化物特种耐火材料的应用
（一）氧化铝（刚玉）特种耐火材料
由于氧化铝材料的制品高温性能好，比价低，得到最广泛的应用。
高纯度、高密度、高性能的刚玉砖广泛应用在钢厂的大型高炉、大型钢包上，取得良好的效果。在大型合成氨装置（30万t）的二段炉、气化炉上，在30万t乙烯工程的裂解炉上使用，是最佳的炉衬材料。
高热稳定性刚玉砖是特种材料和制品的烧成炉、钼丝炉、钨棒炉、扩散炉、陶瓷金属化炉、硅化钼电炉等各种超高温炉的首选炉衬材料。高质量的刚玉砖还在磁流体发电的热风炉上应用。
氧化铝空心球制品和氧化铝纤维制品属高温节能型产品。由于其体积密度小，导热系数低，是节能、降耗的理想炉衬材料。
氧化铝精密陶瓷可制成冶炼或提纯有色、稀有、贵金属用的坩埚和垫片、高温炉管、热电偶保护管和绝缘瓷管、激光管、整流器管、透明钠灯管、雷达天线罩、微波器件、钠-硫电池壳、气体净化器以及火花塞等。
用氧化铝陶瓷制成的耐磨、耐腐蚀材料，有金属液体的过滤器、理化分析用的高温陶瓷、化工和纺织工业机械的零件，如密封圈、阀门、柱塞泵、石油化工的触媒载体等。
氧化铝陶瓷在原子能和平利用上可以制成反应堆绝缘片，在生物工程上可以制成人造关节、人造牙齿等。
由于刚玉质材料的硬度非常大，仅次于金刚石，是一种很好的耐磨材料，可以制成各种切磨工具、磨料、拉丝模、化纤导丝塔轮、磨样机的磨盘、耐磨耐高温轴承、球磨衬罐和研磨介质球、喷砂嘴及高温烧嘴等。
（二）氧化镁（方镁石）特种耐火材料
氧化镁（方镁石）是高荷重软化温度、低蠕变的碱性耐火材料。虽然它的熔点很高，达2800℃,但易于在还原气氛中挥发，最高使用温度只能达到2000℃。它是超高温窑炉的良好结构材料，也是用于工频炉、中频炉及高频加热炉的良好炉衬材料。高纯镁砖可做磁流体发电的通道炉衬材料。
氧化镁陶瓷制品可制成有色、稀有金属及贵金属冶炼、提纯用的氧化镁坩埚，高温炉管、超高温钨铼热电偶保护管、绝缘瓷珠等。
（三）氧化锆特种耐火材料
氧化锆是酸性耐火材料，熔点为2650℃。由于其高温化学稳定性好，最高使用温度可达2400℃，可作真空炉、钼丝炉、燃气炉、中高频电炉、单晶炉等高温炉衬材料。在冶金工业用做连铸用定径水口、水平连铸的分离环。在单晶炉中可制成保温罩和炉衬等。
氧化锆空心球和氧化锆纤维制品是目前氧化物当中最高级的保温节能炉衬材料。在高温炉上不仅做保温隔热材料，而且还可直接作为炉衬材料。
氧化锆高温陶瓷制品可制成冶炼有色、稀有金属、贵金属的坩埚，以及高温炉管和热电偶保护管等。还可制成烟道、钢水等高温液体的定氧和测温的固体电解质、陶瓷绝热发动机及其零件、磁流体发电用电绝缘片、喷气式飞机、导弹的绝缘和烧蚀材料、火箭的烧嘴、宇宙飞船的前锥体、鼻锥等。
氧化锆高温陶瓷还可以制成拉丝模、刀具、弹簧、高温轴承、耐磨垫片、耐腐蚀泵零件以及研磨介质球等。
氧化锆特种耐火材料还可以制成高温电炉的发热体、热敏电阻、煤气传感器及喷涂料和浇注料等不定形耐火材料。
（四）其他氧化物（BeO、CaO、ThO2、CeO、SiO2）等特种耐火材料
氧化铍是一种碱性特种耐火材料，特别是热导率大、抗热震性好、导电率低的材料，它具有良好的核性质，如对中子减速能力强，对X射线有很高的穿透力。但由于自身有很大的毒性，所以在生产和应用上受到制约。可用以制作冶炼稀有金属和高纯金属Be、Pt、V的容器，原子反应堆的中子减速剂和反辐射材料，电子工业用做高频、绝缘、散热器件等。
氧化钙也是一种碱性特种耐火材料。虽然其熔点很高，但易水化产生粉化现象，在应用上受到很大的限制。制品可作熔炼白金、超纯铀和有色金属的坩埚、喷射冶金用的特种耐火材料。
氧化钍特种耐火材料，虽熔点很高为3050℃，最高使用温度可达2700℃，但有放射性。可做冶炼金属铀、锇、铑、镭的坩埚，做原子反应堆的核燃料，还可以制作超高温电炉的发热元件。
氧化铈特种耐火材料，虽然熔点很高，但易被还原。其制品可做熔炼稀土金属的容器、低电阻半导体器件，也可做研磨材料。
氧化硅特种耐火材料，具有极低的线膨胀系数，抗热震性能极好。熔融石英制品在有色金属冶炼中可以作为金属液体的输送管道，阀门和泵的内衬。熔融石英陶瓷制品可制成连铸用长水口砖和浸入式水口砖。
在化学工业中，用石英材料做耐酸、耐蚀的容器与反应器的内衬材料。在玻璃工业中做熔池砖、拱门流环、柱塞和热修材料。
难熔化合物特种耐火材料的应用
（一）碳及碳化物制品
碳或石墨制品广泛应用于冶金工业，其中以高炉炭砖用量最大，如高炉炉底、炉缸、炉腹等。炭砖还用于铝电解槽、电石炉、铁合金炉、电镀工业的酸洗槽、造纸工业的溶解槽、化学工业的反应槽及贮槽、石油化工工业的高压釜等。
石墨块和石墨电极在炼钢、电解铝、电解镁、电解镍及电熔耐火材料等各种工业电炉上作为导电的电极材料使用。由于碳或石墨制品的导电性能很好，还用以制造碳质发热体。
碳化物的品种很多，如SiC、B4C、ZrC、TiC、WC等。目前应用较为普遍的只有SiC、B4C、WC。
碳化硅及其制品由于具有很多优异性能，应用最为广泛，主要有三个方面：其一是用于制造磨料、磨具；其二是用于制造非金属电阻发热体；其三是用于制造特种耐火材料。碳化硅制品在冶金工业中做高炉炉衬材料；在有色金属（锌、铜、铝）冶炼中用于蒸馏塔、电解槽熔融金属管道、吸送泵、坩埚等；在电瓷和陶瓷行业中可做隔燃窑的马弗罩、棚板、匣钵及其他窑具。碳化硅陶瓷可制成高温炉管、热电偶管、辐射管、换热器管、陶瓷滚棒、绝热发动机及其零件、透平机叶片和密封环等。碳化硅制品是很好的耐磨材料，可以制成造纸机零件、气流纺纱机喷嘴等。在化学工业中，可制成反应装置的管、泵、阀等各种零件。还可以制成碳化硅发热体、碳化硅纤维和晶须等。
碳化硼特种材料主要做磨料和磨具，亦可做熔炼金属、拉单晶的坩埚、水平连铸的分离环、金属铸模、热电偶套管及原子能反应堆的控制剂、减速剂以及核燃料的覆盖剂材料。
（二）氮化物特种耐火材料
氮化硅特种耐火材料。在冶金工业方面可做铸造容器、输送液态金属的管道、阀门、泵、热电偶套管以及非金属冶炼的坩埚、舟皿和各种炉衬材料。利用其耐热冲击性大，可制造火箭喷嘴、导弹喷管的衬垫材料和其他部件。在机械工业上可制成透平叶片、涡轮叶片、汽车发动机叶片。利用其耐磨性能好的特点，可用以制造轴承滚珠和滚柱、高速纺织机的瓷件及切磨材料。在建材陶瓷工业可制成高强度、高寿命的窑具、匣钵材料。由于氮化硅材料是电绝缘体和介电体，可用作集成电路的薄膜。
氮化硼特种耐火材料。由于对熔融金属等液体有很高的耐蚀性、耐热性和耐热冲击性，可做各种熔液的容器，拉单晶的坩埚、热电偶保护管和压力铸模等。由于氮化硼的电绝缘性好，可做磁流体发电装置和等离子气流炉的炉衬材料、高频电绝缘材料、三极管、集成电路用的散热片和离子火箭的喷嘴等。氮化硼还可以做润滑剂和脱模剂，立方氮化硼制成的砂轮的耐磨性要超过用金刚石制造的砂轮。
氮化铝特种耐火材料。由于氮化铝是很好的耐侵蚀材料，可做熔炼金属的坩埚、脱模剂、保护管。在炼铝工业中做铝真空蒸镀用的容器。高纯度氮化铝可做炼砷化镓和磷化镓等半导体的容器。