據(jù)河南耐火材料廠專家介紹隨著科學技術的發(fā)展，在廣泛的材料領域中出現(xiàn)了許多新材料。特種耐火材料就是在傳統(tǒng)陶瓷和耐火材料的基礎上發(fā)展起來的一組新型無機材料，也稱做高溫耐火材料。

傳統(tǒng)陶瓷的生產工藝是將原料制成細粉再成型。

用陶瓷的方法制造耐火材料也算是特殊工藝方法，應該在第五章敘述，但由于特種耐火材料化學成分的高純度，超級的耐火性能，各種特殊性能，復雜的制品形狀，特別的使用條件等，可以成為一個單獨體系，作為一章在此作系統(tǒng)敘述。

特種耐火材料的發(fā)展與高溫技術，特別是現(xiàn)代高新技術的發(fā)展密切相關。近代空間技術，高速飛行器（人造地球衛(wèi)星）的噴射推進裝備發(fā)展，尤其噴射發(fā)動機的燃氣渦輪旋轉葉片、噴嘴、前錐體（雷達天線罩）、尾錐整流子等受到高溫、高速氣流的直接作用，難熔金屬和耐熱合金在高溫下的斷裂強度、蠕變、抗氧化性等性能達到了使用極限，必須尋找更好的特種耐火材料。先進的冶金技術，需要更耐高溫，抗侵蝕，抗熱震的功能材料。冶煉各種新金屬、特殊合金和半導體材料的純度要求很高，可是在熔化溫度下容易與普通耐火材料起反應而使一般耐火材料受侵蝕。金屬質的容器更不適合作為這些材料的熔化、蒸餾、澆濤、合金化過程的盛器或單晶生長用盛器，因為會污染冶煉的材料。還有火箭、導彈、電子等現(xiàn)代技術都要求高性能的耐火材料。這些特種耐火材料與傳統(tǒng)的耐火材料相比具有以下特點：

（1）大多數(shù)特種耐火材料的材質已經超出了硅酸鹽范圍，而且品位高、純度高，熔點都在2000℃以上（個別的為1728℃）；

（2）成型工藝不局限半干成型，除了大量應用注漿法和可塑法成型外，還采用等靜壓、氣相沉積、熱壓、電熔等，而且大多數(shù)采用微米（μm）級的細粉料；

（3）制品燒成溫度很高（1600～2000℃，甚至更高），并在各種燒成氣氛或真空中燒成；

（4）它不僅制成磚，棒，罐等厚實制品，還制成管、板、片、坩堝等薄型制品，中空的球狀制品，高度分散的散狀材料，還可制成透明或半透明制品，柔軟如絲的纖維，各種寶石般的單晶以及硬度僅次于金剛石的超硬材料；

（5）它除了具有耐火性能外，有的還具有更好的電、熱、機械、化學等性能，因此它除了用于高溫工業(yè)，還廣泛用于其他部門。幾乎遍布國民經濟各部門；

特種耐火材料概括為五方面的內容

（1）高熔點氧化物；

（2）難熔化合物；

（3）金屬陶瓷；

（4）高溫無機涂層；

（5）纖維及其增強材料；

盡管單一材料具有自己的優(yōu)點，可是也有不可克服的缺點和弱點。例如，金屬材料具有良好的延展性、機械強度和沖擊韌性，但這種材料的強度在高溫時急劇下降，并極容易氧化；有機材料的性能千變萬化，但它易老化，強度低，不耐高溫；無機非金屬雖然高溫性能好，但致命的弱點是脆性大，經不起沖擊。所以就把幾種材料用一定的方式復合在一起，讓各種材料的性能取長補短，而組成一種具有綜合性能的新材料。特種耐火材料的重點內容之一就是高溫復合材料。它包括金屬陶瓷，高溫無機涂層，纖維增強材料等。

金屬陶瓷既有一定的像金屬一樣的韌性，能經受陶瓷所不能經受的熱沖擊及機械沖擊，又有像陶瓷那樣的高溫機械強度，能承受金屬所不能經受的高溫，因此既改善了陶瓷的脆性，又改善了金屬的耐高溫性，具有金屬與陶瓷兩者的綜合性能。

高溫無機涂層是一種加涂在金屬或其他結構底材表面上的無機保護層或表面膜的總稱。它起著改變底材外表面的化學組成及結構，從而賦予新的或改善底材性能的作用。如在金屬材料表面加涂一層耐高溫涂層，對金屬底材起隔熱作用，使金屬的使用溫度相對提高；還有地耐熱合金或石墨等材料加涂一層抗氧化，耐化學腐蝕涂層。近年來，出現(xiàn)了高溫電絕緣、高溫耐磨、耐腐蝕、示溫、溫控、潤滑、防粒子輻射、光譜選擇吸收或發(fā)射、紅外輻射等各種作用的涂層。

用纖維（晶須）與金屬，塑料或陶瓷復合，可以制造出耐高溫、高強度、抗疲勞等各式各樣性能優(yōu)良的增強復合材料。

各種不同的特種耐火材料，雖然化學成分和結構不同，其性能也存在一定的差異，但從特種耐火材料總體來說比普通耐火材料具有許多優(yōu)良的性能。

（一）熱學性質

（1）熱膨脹性：熱膨脹性指材料的線度和體積溫度升降發(fā)生可逆性增減的性能。常以線膨脹數(shù)或體積膨脹系數(shù)表示。大多數(shù)特種耐火材料的線膨脹系數(shù)都比較大，僅有熔融石英，氧化硼，氧化硅的線膨脹系數(shù)比較小。

（二）力學性質

特種耐火材料的彈性模量都大。大多數(shù)具有較高的機械強度，但與金屬材料相比，由于脆性，抗沖擊強度甚低。絕大多數(shù)的特種耐火材料具有較高的硬度，因此耐磨，耐氣流或塵粒沖刷性比較好。大多數(shù)特種耐火材料的高溫蠕變都比較小，最大的是二硅化鉬。蠕變值的大小與結晶尺寸，晶界物質，氣孔率等有關系。

（三）電學性質

大多數(shù)高熔點氧化物屬絕緣體，其中氧化釷（ThO2）和穩(wěn)定氧化鋯（ZrO2）等在高溫時具有導電性，見表3；碳化物、硼化物的電阻都很??；有些氮化物是電的良導體，而有些則是典型的絕緣體。例如TiN具有金屬的電導率（ρ為30×10-6Ω·㎝），BN則為絕緣體（ρ為 1018Ω·㎝）。所有的硅化物都是電的良導體。

（四）使用性質

（1）耐火性：特種耐火材料的熔點幾乎都在2000℃以上，最高的碳化鉿（HfC）和碳化鉭（TaC）為3887℃和3877℃。耐火度也很高，在氧化氣氛中，氧化物的使用溫度甚至接近熔點。氮化物，硼化物，碳化物在中性或還原性氣氛中比氧化物有更高的使用溫度，例如TaC在N2氣氛中可使用到3000℃，BN在Ar氣氛中可使用到2800℃。耐高溫性能依次為：碳化物＞硼化物＞氮化物＞氧化物。而它們的高溫抗氧化性為：氧化物＞硼化物＞氮化物＞碳化物。

（2）抗熱震性：在特種耐火材料中，由于氧化鈹?shù)臒釋实停蠖鄶?shù)硼化物的熱導率也不高，熔融石英的線膨脹系數(shù)特別小，所以抗熱震性很好。某些纖維制品及纖維增強復合制品有較高的氣孔率及抗張強度，這些材料的抗熱震性比較好。碳化硅，氮化硅，氮化硼，二硅化鉬等也有較好的抗熱震性。

特種耐火材料是一種多晶體材料。絕大多數(shù)特種耐火材料的微觀組織結構為晶相組成，而不含玻璃相，個別特種耐火混入微量雜質，在一定溫度下形成共熔液相。晶粒與晶粒相遇的地方就形成晶粒的邊界，簡稱晶界，對于由小晶粒組成的多晶體來說，晶界的體積幾乎占到一半以上，對晶體的性質有顯著的影響。當晶粒細小時，材料具有較高的機械強度，而粗晶容易造成裂紋和缺陷，使材料的機械強度下降。特種耐火材料的結構，亦含有一定量的氣孔，對材料性能也有影響。所以一般要求特種耐火材料的組織結構均勻，玻璃相少，晶粒細小而均勻為好。

（1）特種耐火材料作為高溫工程的結構材料和功能材料得到廣泛的應用。

（2）在冶金工業(yè)中，廣泛用于耐高溫、抗氧化、還原或化學腐蝕的部件；熔煉稀有金屬、貴金屬、難熔金屬、超純金屬、特殊合金的坩堝、舟皿等容器；水平連鑄分離環(huán)、熔融金屬的過濾裝置和輸送管道等。

（3）在航天和飛行技術中，用于火箭導彈的頭部保護罩、燃燒室內襯、尾噴管襯套、噴氣式飛機的渦輪葉片、排氣管、機身、機翼的結構部件等。

（4）在電子工業(yè)中，用做熔制高純半導體材料和單晶材料的容器，半導體固體擴散源；電子儀器設備中的各種耐高溫絕緣散熱部件；集成電路的基板，蒸發(fā)涂膜用的導電舟皿等。

（5）高溫工業(yè)中，用做特種電爐的高溫發(fā)熱元件、爐管、爐膛結構材料和保溫隔熱材料，各種測溫熱電偶的內外保護套管等。

（6）在機械及國防工業(yè)中，用做磨料、磨具、切削刀具；裝甲防護板等。

（7）在化工和輕工部門，用做潛水泵和化工泵機械密封環(huán)；玻璃拉絲坩堝，流料槽及玻璃池窯磚等。

（8）在醫(yī)學及農業(yè)部門，用做人造關節(jié)、人造牙齒，并利用它的生物相容性等特殊性能

從耐火材料的微觀結構來看，將利用結構的不均勻性，如微裂紋，微缺陷，晶界和界面性質，獲得某種特殊性能。透光性陶瓷與今后的光通訊發(fā)展有很大關系。陶瓷固體電解質（βAl2O3、ZrO2等）的利用將進一步擴大，從能源、環(huán)境、公害方面考慮，將很有前途。超硬材料，如人造金剛石和立方氮化硼將進入工業(yè)生產階段。用特種耐火材料取代金屬，如Si3N4和Al-Si-N-O取代金屬制造軸承和渦輪葉片，會有很大發(fā)展。高效復合材料，很有前途，也會得到很大發(fā)展。

河南耐火材料廠：http://www.zzhoudd.com/