耐火材料的种类、性质以及矿物组成有哪些？

耐火材料种类及特性 

根据化学矿物组成，耐火材料可分为四种，即硅质耐火材料(SiO2≥93%)，硅酸铝质耐火材料；镁质耐火材料(MgO为主)，其他耐火材料。

根据化学性质，耐火材料可分为三种，即酸性耐火材料；碱性耐火材料；中性耐火材料。

硅质耐火材料：常用的硅砖含SiO2≥93%，它是由天然的石英或石英砂加工而制成，SiO2呈酸性，因此，硅砖是强酸性耐火材料。 硅酸铝质耐火材料：以Al2O3和Si02为主要成分。它一般分为三种，即半硅砖(主要成分为Si02，A1203仅占15~30％)；粘土耐火砖(Si02为45—65％，A1203为35—48％)；高铝耐火砖(Al2O3大于48％)。其中粘土耐火砖足铸造化铁炉常用的一种耐火材料，这种耐火砖的原料范藏量大，制作简单，成本低，它的耐火度在1600℃以上，抗急冷急热性能比其严耐火砖都好。

镁质耐火材料：以MgO为主要成分，这种材料呈碱性，故用于碱性化铁炉，它的耐火度较高，在2000℃以上。

其他耐火材料：铬铁矿质耐火材料、碳质耐火材料等，均属中性材料。       

常用耐火材料的主要性质有以下几个方面：耐火度，显气孔率、抗折强度、重烧线变化率等。

耐火度

耐火度是耐火材料在不加载荷时的软化温度。制品的耐火度主要取决于它的矿物组成、易熔杂质的数量、矿物相互结合情况和各组分的扩散程度。碳砖的耐火度可达2000℃以上。镁砖中高熔点方镁石数量达87%以上，其耐火度可超过2000℃。

耐火材料在使用过程中经常处于载荷压力下。碳砖在高温下工作不会发生变形。黏土砖的荷重软化点较低，高铝砖的荷重软化温度高于黏土砖。

显气孔率

耐火材料的气孔分布在粗颗粒、结合剂中及粗颗粒与结合剂之间，它的存在提高了耐火材料的隔热性能而降低了耐火材料的抗侵蚀性。镁砖的显气孔率在140/～20%范围内，高铝砖可达18%～23%，黏土砖的气孔率较高，在18%～26%范围内。增加成型压力和增加烧结温度都可以减少制品的气孔率。(4)常温耐压强度

在室温下，用压力试验机以规定的速率对规定尺寸的耐火制品试样加载荷，直至试样破碎，并根据所记录的大载荷和试样承受载荷的面积计算常温耐压强度。耐火制品的常温耐压强度一般都大于30MPa。

耐火制品的耐压强度主要取决于原料颗粒本身的强度、颗粒相互黏结的牢固性、气孔的数量和存在形式、加入结合剂结合能力的大小。

耐火制品的抗折强度、抗拉强度和耐压强度之间的关系如下：

户折一(O-2-0.3)户压户拉一(0.12-0.16)户压随耐火制品气孔尺寸及气孔率的增加抗折强度降低。强度随温度的升高而变化。加热至1200℃，镁质耐火材料的强度变化不大，进一步提高温度，强度下降。在1200～1300℃，硅质耐火材料的强度约是常温强度的85%。

重烧线变化

重烧线变化是耐火材料体积稳定性的指标。是指耐火制品在规定温度下保温一定时间后，冷却到室温所产生的残存膨胀或收缩。

在一定条件下，残余膨胀危害较小。适当的残余膨胀可使砌缝弥合，提高砌体寿命，但过大的膨胀将使砌体形状破坏，砌体崩塌。过大的残余收缩会使砌体的砖缝增大，影响砌体的整体性，甚至使砌体倒塌。

各种耐火制品允许的重烧体积变化一般不超过0.5%～1.O%。(6)热震稳定性

烧成耐火制品抵抗温度急剧变化的能力，称为热震稳定性，以耐火制品经受1100℃至室温的急冷急热次数作为量度。耐火制品的热震稳定性与制品的热膨胀性、导热性、弹性模量、结构强度有关。

耐火材料的矿物种类和组成

一、耐火材料中矿物的种类

矿物是指由相对固定的化学组分构成的有确定的内部结构和一定物理性质的单质或化合物。它们在一定物理化学条件下稳定。耐火材料是矿物的组成体。这些矿物皆为固态晶体，且多为由氧化物或其复合盐类构成。其中，除部分矿物是前述高熔点单一氧化物或其他化合物呈稳定结晶体构成的以外，还有由复合氧化物构成的高熔点矿物。其中主要有由铝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钛酸盐和锆酸盐构成的矿物。另外，许多耐火材料中还有少量非晶质的玻璃相。仅有少数耐火材料是完全由非晶质的玻璃构成的。

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二、耐火材料中矿物的聚集状态

耐火材料在常温下除少数外，都是由单相或多相多晶体，或多晶体同玻璃相共同构成的集合体。许多耐火材料中还含有气孔。若耐火材料的化学组成相同，而其中存在的晶体和玻璃相等物相种类、性质、数量、晶粒形状和大小、分布和结合状态等不同，则这些耐火材料性质的劣可能差别很大。

根据耐火材料中构成相的性质、所占比重和对材料技术性质的影响，分为主晶相、次晶相和基质。

1、主晶相

主晶相是指构成材料结构的主体，熔点较高，对材料的性质起支配作用的一种晶相。耐火材料主晶相的性质、数量、其分布和结合状态直接决定制品的性质。许多耐火制品，如莫来石砖、刚玉砖、方镁石砖、尖晶石砖、碳化硅耐火制品，等等，皆以其主晶相命名。

2、次晶相

次晶相又称第二晶相或第二固相，是指耐火材料中在高温下与主晶相和液相并存的，一般其数量较少和对材料高温性能的影响较主晶相为小的第二种晶相。如以方镁石为主晶相的镁铬砖、镁铝砖、镁硅砖和镁钙砖等分别含有的铬尖晶石、镁铝尖晶石、镁橄榄石和硅酸二钙等皆为次晶相。耐火材料中次晶相的存在对耐火材料的结构，特别是对高熔点晶相间的直接结合，从而对其抵抗高温作用也往往有所裨益。与普通镁砖相比，上述耐火制品中这些次晶相的存在，使制品的荷重软化温度都有所提高。许多依矿物组成命名的耐火材料，如莫来石刚玉砖、刚玉莫来石砖，就是以其主晶相和次晶相复合命名的。前者为主晶相，后者为次晶相。

3、基质

基质是指在耐火材料大晶体间隙中存在的，或由大晶体嵌入其中的那部分物质，也可认为是大晶体之间的填充物或胶结物。对由一些骨料组成的耐火材料而言，其间的填充物也称为基质。

基质既可由细微结晶体构成，也可由玻璃相构成，或由两者的复合物构成。如镁砖、镁铬砖、镁铝砖等碱性耐火材料中的基质是由结晶体构成；硅砖、硅酸铝质耐火材料中的基质多是由玻璃相构成。

基质是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相，往往含有主成分以外的全部或大部分杂质在内。因此，这些物相在高温下易形成液相，从而使制品易于烧结，但有损于主晶相间的结合，危害耐火材料的高温性质。当基质在高温下形成液相的温度低、液相的粘度低和数量较多时，耐火制品的生产和其性质，实质上受基质所控制。欲提高耐火材料的质量，须提高耐火材料基质的质量，减少基质的数量，改善基质的分布，使其在耐火材料中由连续相孤立为非连续相。

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