轻质耐火材料质量的好坏，关键在于这三个指标参数
发布日期： 2020-06-23 10:33:22 阅读量（1581） 作者：轻质耐火材料性能的评价参数很多如气孔率、气孔尺寸及分布、晶粒尺寸、比表面积等参量则能直接决定其强度、导热等性能，而其中气孔率指标又是对轻质材料物理、化学以及力学等方面的影响最为显著。
1、气孔率和体积密度
气孔率和体积密度是多孔材料特性表征重要参数指标，其是多孔材料各种特性指标的重要影响因素，其分为总气孔率、显气孔率以及总气孔率。总气孔率指的是试样中总的气孔所占体积与试样总体积的百分比，其为显气孔率和闭口气孔率之和;显气孔率又叫做开口气孔率，其为试样中与大气相通的气孔所占试样总体积的百分比;而闭口气孔率则指封闭在试样内部非与外界相通的气孔的总体积所占试样总体积的百分比。
试样体积密度是指试样干燥重量与试样总体积之比。
试样的气孔率以及体积密度对评价多孔材料的热学和机械性能有着较大的影响，一般而言，试样的气孔率越大，体积密度越低，则材质的隔热性能越好，但是其抗折和耐压的强度会相应较低。
常用的测定体积密度的方式有两种，其最大的区别在于对于试样体积的测量上。
其中一种是直接测定试样的三维尺寸，并通过其计算出试样的体积，记作V，试样干燥质量记作m1，然后通过公式1则可直接计算得到其体积密度：
（1）
这种方法常用于测定轻质保温耐火材料的体积密度。体积密度也有称之为假比重、容重的。
另一种方法则是通过阿基米德排水法来测定试样体积，也是目前各国标准测定方法。而此种测定方法一般也分为两种：一种是真空法，另一种是沸水浸泡法。
真空法是将试样置于密闭容器中，然后抽取真空使之达到一定的真空度，然后注入水或者其他液体以浸泡试样;沸水浸泡法则是将试样置于沸水之中，直接浸泡排出其中的气体，让水填满其中的空隙。试样的干重记作m1，浸泡完后将其置于液体中测定其悬浮重量，记作m2，最后用湿毛巾擦去试样表面多余的水分(保留气孔中的液体)，然后再在空气中测得试样的湿重m3。用测量的m1、m2和m3计算出试样的体积密度ρa、显气孔率πa和吸水率ωa。
(2~4)
式中ρL为浸泡液体密度。液体可以是水、油等液体。对于易水化或者在水中易散开的试样不能用水进行浸泡。
耐火材料的真密度是用用比重瓶法测定，其将耐火材料磨成尽可能消除气孔细粉这里不作多详述。当我们测得耐火材料真密度以后，即可通过公式5和6计算得到材料的真气孔率πt与闭口气孔率πf。
(公式5~6)
耐火材料是一个多组分的复杂体系，当材质组成发生变动后，它的真密度一般就会发生变化。单用体积密度并不一定能准确地反映出材料的致密程度，我们一般引入相对密度的概念，相对密度为其体积密度与其理论密度之比，而其理论密度一般用真密度来代替。在理论密度或真密度数据不充分时，气孔率则能更加直观的反应出材质的致密程度是一个重要的参数。
2、孔径与孔径分布
孔径大小及孔径分布是多孔材料重要参数之一，其对多孔材料的最终一系列特性如透气度、渗透性以及虑过性能等起着决定性作用，其因此也受到了人们的大量关注。孔径分布的测试方法有很多种，常见的有压汞法、气体吸附法、起泡法、显微观察法等，以及近年发展起来的核磁共振、小角散射法以及热孔计法等方法，这里只简单介绍本课题采用的主要测试方法压汞法。
压汞法测量的多孔连通孔隙直径分布范围一般在几十纳米到几百微米之间，其所利用的测试原理是毛细现象，其利用液体对材料的润视角大于90°时候，则会利用表面张力阻止液体浸入材质的空隙中，而当我们给与液体一定外压之后，则此类不润湿液体则在外压作用下浸入气孔空隙中，而此时液体的压力值则和气孔孔径有一个函数的关系，即压入液体时的压力值反应出了在该压力下时候的气孔孔径大小，从而得到我们所需要的孔径大小及分布情况。采用压汞法测定多孔材料的孔径即是利用汞对固体表面不浸润的特性，用一定压力将汞压入多孔体的孔隙中以克服毛细管的阻力，由式(7)可得孔隙的半径如式(8)所示：
(7~8)
式中，p为汞所施加的压力大小;σ为所压入汞的表面张力大小;α为汞与被测材料的浸润角大小;r是所测气孔半径大小。
3、导热系数
导热系数是评价多孔材料指标的重要参数之一。
材料的导热系数又叫热导率，是指在单位温度梯度下，单位时间内通过单位面积的热量，单位为W/(m•K)。当热量沿x轴方向传递时，在t时间内通过垂直x轴的截面积S上的热量Q。
(10)
式中，λ为导热系数，dT/dx为温度梯度，S为面积，t为时间。
导热系数是评价多孔材料性能指标的重要参数之一，其与材料的物相组成、气孔率的高低、气孔的尺寸以及气孔的形状与分布有着比较直接的联系。
传热的方式有热传导、热对流与热辐射。前两者为声子热导，后者为光子热导。耐火材料导热系数一般由固相材料导热系数及气相材料导热系数构成，固体传热主要为热传导，其导热系数与材料的化学组成、晶体结构和显微结构有较大相关性，而气相传导则包括气体热传导、热对流以及热辐射，多孔轻质耐火材料有着比较大量的空隙率，其热导率与气相热传导有较大影响。
材料的化学组成、晶体结构以及显微结构等对材料导热系数有一定影响，通常质点相对原子质量、密度愈小、晶体结构愈简单、晶粒愈大的材料的导热系数愈大。
气孔对于轻质保温耐火材料导热系数的影响十分重要，气孔中空气一般为空气其很小的导热系数是材料绝热的基础。通常材料中的气孔率越高，气体热传导作用越大，材料的热导率越低;含闭口孔多的材料比含开气孔多的材料对流传热小且气孔孔径越小，气体分子运动范围变小，对流传导也比较小材料热导率越低，Naif-Ali等人曾利用激光技术研究了纳米尺寸气孔与晶粒的多孔氧化锆陶瓷在室温下的导热系数，研究表明，当孔径小于10μm以后，随着气孔孔径的减小，导热系数迅速减小，特别是气孔尺寸达到纳米级别时能够得到极好的保温性能;气体辐射传热主要是由气体吸收与发射辐射的能力决定的，由于一般气孔中气体介质为空气，此类气体吸收与发射辐射的能力极低，其辐射传热主要是通过气孔高温壁向低温壁的辐射，辐射传热较弱。
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