耐火材料的热学性质.docx

《耐火材料的热学性质.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、耐火材料的热学性质耐火材料的热学性质有热膨胀、热导率、热容、温度传导性，此外还有热辐射性。3.1耐火材料的热膨胀耐火材料的热膨胀是其体积或长度随温度升高而增大的物理性质。原因是材料中的原子受热激发的非谐性振动使原子的间距增大而产生的长度或体积膨胀。衡量耐火材料的热膨胀性能的技术指标有热膨胀率、热膨胀系数。3.1.1热膨胀率热膨胀率也称线膨胀率，物理意义：是试样在一定的温度区间的长度相对变化率。测定出热膨胀率，才能计算出热膨胀系数。线膨胀率=[（LT-L0）/L0]×100%式中：LT、L0—分别为试样在温度T、T0时的长度，（mm）。3.1.2热膨胀系数热膨胀系数有平均线膨胀系数α、

2、真实线膨胀系数αT，体膨胀系数β。以后除特别说明外，热膨胀系数一般指的是平均线膨胀系数。线膨胀系数物理意义：在一定温度区间，温度升高1℃，试样长度的相对变化率。热膨胀系数α=（LT－L0）/L0（T－T0）=ΔL/L0ΔT式中：T、T0—分别为测试终了温度、测试初始温度，（℃）。体热膨胀系数β=ΔV/V0ΔT式中：V0—为试样在初始温度T0时的体积，（mm3）。真实热膨胀系数αT=dL/LdT式中；L—为试样在某温度时的长度，（mm）。如线膨胀系数数值很小，则体膨胀系数约等于线膨胀系数的3倍。对于各向同性晶体，体膨胀系数β≈3α；对于各向异性晶体，体膨胀系数等于各晶轴方向的线膨胀系数

3、只和，即β≌αa+αb+αc。影响材料热膨胀系数的因素有：化学矿物组成、晶体结构类型和键强等。①化学矿物组成的影响：含有多晶转变的制品，热膨胀系数的变化不均匀，在相变点会发生突变，例如硅质制品和氧化锆制品；材料中含有较多低熔液相或挥发性成分时，热膨胀系数α在相应的温度区域也发生较大的变化。②晶体结构类型的影响：结构紧密的晶体热膨胀系数较大、无定型的玻璃热膨胀系数较小，如多晶石英的热膨胀系数α=12×10-6/℃，而石英玻璃的α=0.5×10-6/℃，前者比后者大的多；氧离子紧密堆积结构的氧化物一般线膨胀系数较大，如MgO、Al2O3等；在非同向性晶体（非等轴晶体）中，各晶轴方向的热膨

4、胀系数不等，如石墨：垂直于C轴的层间热膨胀系数为α=1×10-6/℃，而平行于C轴垂直层间热膨胀系数为α=27×10-6/℃；等轴晶体的热膨胀系数比非等轴晶体大的多，如等轴晶体的MgO方镁石的α=13.8×10-6/℃,而晶体非等轴程度较高的石墨、堇青石、钛酸铝等的α＜3×10-6/℃，特别是钛酸铝的α＜1×10-6/℃，采用恰当的工艺方法甚至可以使α＜0/℃。③键强的影响：SiC的质点间主要为键力强的原子键，其热膨胀系数就较小，且硬度也很高。要注意的是：热膨胀系数α在不同温度区间的数值不同，一般材料高温区间比低温区间的α小；材料中含有晶型转变的矿物成分时，热膨胀系数α在相变温度点产

5、生突变，如硅质制品中石英的多晶转变；材料中含有较多低熔液相或挥发性成分时，热膨胀系数α在相应的温度区域也发生较大的变化。热膨胀系数α对耐火材料的抗热震性影响很大。耐火材料在经受快速的加热或冷却过程中，材料中因温差产生的热应力σ=EαΔT，(N)。在温度急变的使用场合，应该首先考虑选用较低热膨胀系数的耐火材料。常用耐火材料的热膨胀性能见P12的图1-4和表1-4。3.2热导率λ3.2.1热导率的实质热导率是耐火材料导热特性的一个物理指标，其值等于热流密度除以负温度梯度。物理意义：材料在单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量(W/m℃)。晶体导热的实质是晶格质点的热振动，邻近质

6、点由于热振动的相互作用，发生能量转移而实现热量的传递。不同的使用条件，需要不同热导率的耐火材料。如陶瓷隔焰隧道窑及马弗式电炉，要求分隔板的热导率高；而要求具有保温隔热功能的材料则热导率应低。热导率高的材料往往具有较好的抗热震性。热导率是热工窑炉设计中选用耐火材料时不可缺少的数据指标。3.2.2影响热导率的因素耐火材料的热导率与其化学矿物组成、宏观组织结构、温度、晶体结构的关系密切。制品中化学组成中组分多、杂质多、形成的固溶体和玻璃液相多、晶体结构复杂程度高、制品中的孔隙微小众多，制品的热导率相对就较小。例如，镁铝尖晶石MgAl2O4比刚玉Al2O3、方镁石MgO小；莫来石3AlO.2

7、SiO比镁铝尖晶石MgAl2O4的结构复杂程度高，热导率就小。玻璃相中质点排列的有序程度比晶体的低，热导率就小，如石英玻璃比石英晶体的热导率低的多。含有较多玻璃相的粘土砖热导率也较小。（晶体的结构复杂、以及固溶体、玻璃相等，其结构中的质点排列无序程度高，传递热量的声子的平均自由程较小，热导率λ与平均自由程长度成正比，因而相应材料的热导率就较小。）温度对热导率的影响一般为：晶相物质随温度升高λ减小，玻璃相等物质随温度升高λ增大，各材料的λ与温度的关系见P13