温度对耐火砖高温耐磨性的影响

选择高铝耐火砖、刚玉耐火砖、氮化硅结合碳化硅砖和黏土结合碳化硅砖4种耐火制品从图1中可以看出：高铝砖、刚玉砖和黏土结合碳化硅砖3种氧化物(或氧化物结合)耐火材料的高温磨损量曲线有一个共同特征:在一定温度范围内，磨损量变化不大；但温度超过某值，磨损量大幅度降低。其原因可能为，随温度的升高，耐火制品内部结构会发生由弹性到塑性的转变:材料处于弹性温度段时，随温度的升高，材料组织结构无变化，因此磨损量的变化也不大；材料处于塑性温度段时 (如高铝砖的塑性阶段为800～1200℃)，材料内部少量低熔点矿物熔化(或玻璃相软化)变形导致材料产生塑性，高温条件下该塑性对磨损介质的冲击有一定的缓冲作用，材料的塑性变形吸收磨损介质的冲击动能，阻碍裂纹的产生和扩展，所以磨损量明显降低。对于高铝砖，随试验温度升高，材料塑性变形程度增加，材料磨损量下降幅度增加。

虽然耐火制品随温度的升高内部结构会发生由弹性到塑性的转变，但由于材质或结合相的差异，材料出现塑性的温度不同，因此，对应的材料磨损量开始大幅度降低的温度点也不相同。从图1可以看出,刚玉砖磨损量开始降低的温度点为1000℃ ,而高铝砖在800℃，因为高铝砖的杂质含量较高，会在较低温度产生液相，使材料处于塑性状态，磨损量开始大幅度降低。同样原因黏土结合碳化硅砖磨损量开始大幅度下降的温度点约在600℃。非氧化物材料氮化硅结合碳化硅砖的高温磨损量曲线具有另一特征，在整个试验温度范围其磨损量几乎没有变化，其磨损量-温度曲线接近水平直线。氮化硅结合碳化硅材料所用原料纯度较高，最终生成的氮化硅将坚硬的碳化硅结合起来，形成致密的网络结构。由于氮化硅和碳化硅均为共价键极强的化合物，在高温状态下仍保持较高的键合能力，材料不含低熔点物相，在试验温度范围内，氮化硅结合碳化硅砖仍处于弹性温度范围，所以磨损量随温度的升高几乎没有变化。在1 000 ℃以上，砖的磨损量稍有降低，是氧化气氛下试样表面被氧化生成氧化硅薄膜造成增重对磨损量计算产生影响的结果。

4种耐火制品在1000和1200℃时磨损量的比较。从图2中可以看出:
(1)1000℃时，两种碳化硅砖磨损量较低，耐磨性较强。这是因为两种碳化硅砖的主晶相均为SiC，SiC的Si与C间高键能共价键结构赋予了材料高硬度，其莫氏硬度达到9. 5。而刚玉砖和高铝砖中主晶相为刚玉相和莫来石，莫氏硬度分别为9和6～7。所以从矿物相组成的角度来看，碳化硅砖具有更好的耐磨性。
(2)1000 ℃时，氮化硅结合碳化硅砖比黏土结合碳化硅砖有更好的耐磨性。分析其原因可能是:氮化硅结合碳化硅砖中矿物相组成为碳化硅和氮化硅，这两种矿物相的硬度高，强度大;而黏土结合碳化硅材料物相主要是碳化硅，还有少量莫来石和玻璃相，从矿物组成来看，显然前者耐磨性更好。

(3)1000℃时刚玉砖的磨损量大于高铝砖的。刚玉砖和高铝砖的主晶相分别为刚玉和莫来石、刚玉，显然刚玉比莫来石更耐磨，从矿物相组成的角度无法说明这一现象。从试样的显微结构来分析，高铝砖的基质与骨料结合得较好，颗粒与基质之间形成较密实的过渡带，使其结构较致密；而刚玉砖中的刚玉骨料与基质之间的结合程度欠佳，基质的烧结状态也不及高铝砖。所以当磨损介质冲蚀试样表面时，由于基质与骨料结合得不牢固，基质部分容易被冲刷掉，留下裸露的骨料，使其磨损量更大。而高铝砖中基质与骨料结合得较好，磨损介质冲蚀试样表面时，基质与骨料被磨损的程度较为均匀，磨损量要小一些。

(4)1200℃时，4种耐火砖的磨损量排列顺序与1000℃的有较大差异。1200℃高铝砖的磨损量最小，其次为黏土结合碳化硅砖，再次为氮化硅结合碳化硅砖，刚玉砖的磨损量最大。高纯的刚玉砖和氮化硅结合碳化硅砖内部结构受温度升高的影响小，而黏土结合碳化硅砖和高铝砖杂质含量均较高，在高温下玻璃相的黏度降低，对磨损介质有较大的缓冲作用，提高材料的耐磨性，其作用超过物相类型对耐磨性的影响，尤其以高铝砖为甚，这就是1200℃高铝砖的耐磨性甚至优于两种碳化硅砖的原因。